The primary objective was to predict the relative storage capacity of carbonate rocks relevant for carbon dioxide sequestration. To achieve this, a detailed pore scale characterization of model carbonate rocks, Indiana Limestone and Pink Dolomite, was conducted utilizing micro-computed tomography (microCT) data using pore network modeling and invasion percolation simulations. For the first time in literature, Pink Dolomite’s pore space characteristics were analyzed. A secondary objective was to compare thresholding techniques as applied to carbonates which exhibit dual porosity (porosity at multiple length scales). The analysis showed the sensitivity of existing methods to the thresholding technique, imaging method and material. Overall, the contributions of this work provide an assessment of two carbonates relevant for carbon capture and storage at the pore scale; and a preliminary assessment into thresholding dual porosity carbonates.

The primary objective was to predict the relative storage capacity of carbonate rocks relevant for carbon dioxide sequestration. To achieve this, a detailed pore scale characterization of model carbonate rocks, Indiana Limestone and Pink Dolomite, was conducted utilizing micro-computed tomography (microCT) data using pore network modeling and invasion percolation simulations. For the first time in literature, Pink Dolomite’s pore space characteristics were analyzed. A secondary objective was to compare thresholding techniques as applied to carbonates which exhibit dual porosity (porosity at multiple length scales). The analysis showed the sensitivity of existing methods to the thresholding technique, imaging method and material. Overall, the contributions of this work provide an assessment of two carbonates relevant for carbon capture and storage at the pore scale; and a preliminary assessment into thresholding dual porosity carbonates.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-14T16:42:54Z No. of bitstreams: 1 EWALDO EDER CARVALHO SANTANA - TESE PPGEE 2009..pdf: 5646465 bytes, checksum: d83cd716193f68815a22b066836f3ae6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:42:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EWALDO EDER CARVALHO SANTANA - TESE PPGEE 2009..pdf: 5646465 bytes, checksum: d83cd716193f68815a22b066836f3ae6 (MD5) Previous issue date: 2009-11-06 / Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de uma rede neuronial com aprendizagem não supervisionada, para modelar a organização topográfica do córtex visual primário. Para isto, estuda-se o comportamento dos campos receptivos do córtex visual primário(V1), e, para o modelamento da rede utilizam-se os conceitos de divergência local e de interação entre neurônios vizinhos, bem como da característica de não linearidades dos neurônios. Para treinamento da rede desenvolveu-se um algoritmo de ponto fixo. / In this work it is proposed an unsupervised neural network model, which seems biologically plausible in modeling the primary visual cortex (V1). It is, also, studied de behavior of the receptive fields of V1. In order to modeling the net it was used the concepts of local discrepancy and interactions between neighbor neurons, as well the non-linearity characteristics of neurons. It was designed a fixed-point algorithm to train the neural network.

Dans un cadre de modélisation des machines électriques, la méthode qui connaît une grande popularité, car réputée pour la qualité de ses résultats est la méthode des éléments finis. Cependant, les temps de calcul deviennent importants lorsque les modèles éléments finis sont associés à une démarche d’optimisation et de prédimensionnement dans le cadre d’un cahier des charges complexe. Les méthodes de modélisation bien souvent utilisées comme alternative aux éléments finis sont les approches de modélisation par constantes localisées. Ces dernières se prêtent bien aux différentes physiques impliquées dans le fonctionnement des machines électriques, i.e. électromagnétique, mécanique et thermique. Ainsi, les stratégies de conception optimisée d’une machine électrique utilisent ces modèles pour déterminer les propriétés et performances de cette dernière dans différentes conditions de fonctionnement. Cependant, la mise en place de ce type de modèles nécessite un temps de développement important par manque d’outils dédiés tels que ceux existants pour les éléments finis. Dans le contexte électromagnétique, les travaux de cette thèse présentent une contribution à l’approche de modélisation par réseaux de réluctances par le développement d’outils permettant leurs générations automatiques. Cette approche est intégrée dans un outil permettant le traitement automatisé d'une géométrie, fournissant un modèle précis dans un délai plus court que celui nécessaire à la construction d'un modèle dédié. L’outil, intégralement développé sur MATLAB®, a été appelé MRNsoftware (pour Mesh-based Reluctance Network Software). Ce mémoire s’organise en quatre parties. Le premier chapitre est consacré à un état de l’art détaillé sur les méthodes de modélisation par réseaux de réluctances. Dans la deuxième partie, nous abordons les méthodologies mises en place en se basant sur un maillage de l’espace d'étude par des blocs élémentaires bidirectionnels et dans le cadre d’un maillage conforme. Le maillage non conforme fera l’objet du troisième chapitre. Une interpolation des potentiels se révélera utile pour connecter les différentes branches des interfaces de non-conformité dans le maillage de l’espace d’étude. Différents découpages d’une même structure sont testés et la précision ainsi que le temps d’évaluation des modèles en réseaux de réluctances sont comparés aux modèles de référence réalisés par éléments finis. Le quatrième chapitre présente en premier lieu l’interface graphique de l’outil. Par la suite, les approches de modélisation développées seront utilisées pour réaliser les modèles de la machine linéaire à aimants permanents et la machine linéaire à commutation de flux à excitation bobinée. Ces approches de modélisation sont le fruit de la collaboration entre les laboratoires SATIE et GREAH et s’inscrivent dans la problématique générale de développement d’outils de modélisation multiphysiques de dispositifs électromagnétiques en vue de leurs dimensionnements optimisés. / In the field of electrical machine modeling, the method that is experiencing great popularity as renowned for the quality of its results is the finite element method. However, computation time becomes important when the finite element models are associated with an optimization and predesign process as part of a complex technical specification sheet. The alternate modeling solution is the lumped parameter models approach. The latter is well suited for the individual physical domains involved in the operation of electrical machines, namely electromagnetic, mechanical and thermal. The latter is well suited for the individual physical domains involved in the operation of electrical machines, namely electromagnetic, mechanical and thermal. Thus, electric machine design routines have been used to determine the properties and performance of the latter under different operating conditions. However, the implementation of these modeling approaches requires significant development time for lack of dedicated tools such as those existing for the finite element method. In the electromagnetic context, the work of this thesis presents a contribution to the reluctance network modeling approach by developing tools allowing their automatic generation. This approach is integrated into a software tool allowing the automated processing of a geometry, providing a precise model in a shorter time than that required for the construction of a dedicated model. The tool, fully developed on MATLAB®, has been called MRNsoftware (for Mesh-based Reluctance Network Software). This dissertation contains four chapters. The first chapter is devoted to a detailed state of the art on reluctance network modeling methods. In the second chapter, we discuss the methodologies implemented based on a conformal mesh of the study space by bidirectional elementary blocks. The non-conformal mesh will be the subject of the third chapter. Magnetic scalar potential interpolation will prove useful to connect the different branches of the block elements at the edge of the non-conformal interfaces. Different mesh patterns of the same structure are tested and the accuracy as well as the evaluation time of the reluctance network models are compared with the finite element reference models. The fourth chapter presents, at first, the graphical interface of the tool. Subsequently, the developed modeling techniques are used to realize the models of the permanent magnet linear machine and the linear wound excitation linear machine. These modeling approaches are the result of the cooperation between SATIE and GREAH laboratories and are part of the general endeavor of developing multiphysics modeling tools for the optimal sizing of electromagnetic devices.

Ce travail s’inscrit dans un projet de recherche interdisciplinaire (Zone Atelier Bassin du Rhône – Agence de l’Eau Rhône Méditerranée Corse) portant sur la rivière Cèze, affluent du Rhône.Le terrain d’expérimentation se situe dans les formations karstiques du bassin de la Cèze (Gard, France). Cette zone touristique est exposée à une croissance démographique et de l’activité agricole, engendrant une augmentation de la demande en eau. La thèse se concentre sur la restitution des eaux karstiques à la rivière en période estivale pour en comprendre le fonctionnement de l’hydrosystème en période de basses eaux, quand la ressource est vulnérable.Ce travail a permis d’élaborer une méthodologie, pour analyser et quantifier les échanges entre la rivière et l’aquifère karstique, fondée sur : la géologie, l’hydrologie, la géochimie, la biologie, la radioactivité en radon, l’analyse d’images infrarouges thermiques et la modélisation. Les résultats obtenus avec ces approches sont confrontés pour interpréter les interactions karst/rivière d’un point de vue qualitatif et/ou quantitatif (localisation, périodicité, débits). La confrontation de ces résultats met en avant l’intérêt d’une méthodologie interdisciplinaire pour interpréter et quantifier les échanges karst/rivière. L’application de la méthode montre qu’en juin 2015, la Cèze est alimentée à 50 % par des eaux karstiques.L’analyse multi-métrique du système karstique a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur son fonctionnement nécessaires pour paramétrer le modèle par réseaux de neurones qui constitue la dernière étape de ce travail. / This work is part of an interdisciplinary research project (Rhone Basin Workshop Zone – the Rhone-Mediterranean and Corsica Water Agency) on the river Cèze, a tributary of the Rhône.The experimental field is located in the karstic formations of the Cèze basin (Gard, France). This tourist area is exposed to population growth and agricultural activity, causing an increase in water demand. The thesis focuses on the karstic water restitution to the river during summer, in order to understand the functioning of the hydrosystem in periods of low water levels, when the resource is vulnerable.This work led to the development of a methodology to analyze and quantify the exchanges between karstic aquifers and rivers. This methodology is based on geology, hydrology, geochemistry, biology, radon radioactivity, infrared thermal imaging analysis and modeling. The results obtained with these approaches are compared in order to understand the karst/river interactions from a qualitative and/or quantitative point of view (localization, frequency, flow rates). The comparison of these results highlights the advantages of an interdisciplinary methodology for understanding and quantifying the karst/river exchanges. The application of this method shows that in June 2015, 50 % of the river Cèze was fed by karstic waters.The multi-metric analysis of the karstic system has led to new knowledge about its functioning. This knowledge is necessary to set the model’s parameters using neural networks, which is the last stage of this work.

Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) sind anwendungsübergreifende, verteilte Infrastrukturen, die auf Grundlage verteilter Replikation von Inhalten und Inhaltsadaption eine skalierbare Auslieferung von adaptierbaren multimedialen Inhalten an heterogene Clients ermöglichen. Die Platzierung der Replikate in den Surrogaten eines A-CDN wird durch den Platzierungsmechanismus des A-CDN gesteuert. Anders als in herkömmlichen CDNs, die keine Inhaltsadaption berücksichtigen, muss ein Platzierungsmechanismus in einem A-CDN nicht nur entscheiden, welches Inhaltsobjekt in welchem Surrogat repliziert werden soll, sondern darüber hinaus, in welcher Repräsentation bzw. in welchen Repräsentationen das Inhaltsobjekt zu replizieren ist. Herkömmliche Platzierungsmechanismen sind nicht in der Lage, verschiedene Repräsentationen eines Inhaltsobjektes zu berücksichtigen. Beim Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen in A-CDNs können deshalb entweder nur statisch voradaptierte Repräsentationen oder ausschließlich generische Repräsentationen repliziert werden. Während bei der Replikation von statisch voradaptierten Repräsentationen die Wiederverwendbarkeit der Replikate eingeschränkt ist, führt die Replikation der generischen Repräsentationen zu erhöhten Kosten und Verzögerungen für die dynamische Adaption der Inhalte bei jeder Anfrage. Deshalb werden in der Arbeit adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen zur Platzierung von Replikaten in A-CDNs vorgeschlagen. Durch die Berücksichtigung der Adaptierbarkeit der Inhalte bei der Ermittlung einer Platzierung von Replikaten in den Surrogaten des A-CDNs können adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen sowohl generische und statisch voradaptierte als auch teilweise adaptierte Repräsentationen replizieren. Somit sind sie in der Lage statische und dynamische Inhaltsadaption flexibel miteinander zu kombinieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist zu evaluieren, welche Vorteile sich durch die Berücksichtigung der Inhaltsadaption bei Platzierung von adaptierbaren Inhalten in A-CDNs realisieren lassen. Hierzu wird das Problem der adaptivitätssensitiven Platzierung von Replikaten in A-CDNs als Optimierungsproblem formalisiert, Algorithmen zur Lösung des Optimierungsproblems vorgeschlagen und diese in einem Simulator implementiert. Das zugrunde liegende Simulationsmodell beschreibt ein im Internet verteiltes A-CDN, welches zur Auslieferung von JPEG-Bildern an heterogene mobile und stationäre Clients verwendet wird. Anhand dieses Simulationsmodells wird die Leistungsfähigkeit der adaptivitätssensitiven Platzierungsmechanismen evaluiert und mit der von herkömmlichen Platzierungsmechanismen verglichen. Die Simulationen zeigen, dass der adaptivitätssensitive Ansatz in Abhängigkeit vom System- und Lastmodell sowie von der Speicherkapazität der Surrogate im A-CDN in vielen Fällen Vorteile gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen mit sich bringt. Wenn sich die Anfragelasten verschiedener Typen von Clients jedoch nur wenig oder gar nicht überlappen oder bei hinreichend großer Speicherkapazität der Surrogate hat der adaptivitätssensitive Ansatz keine signifikanten Vorteile gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Platzierungsmechanismus. / Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) are application independent, distributed infrastructures using content adaptation and distributed replication of contents to allow the scalable delivery of adaptable multimedia contents to heterogeneous clients. The replica placement in an A-CDN is controlled by the placement mechanisms of the A-CDN. As opposed to traditional CDNs, which do not take content adaptation into consideration, a replica placement mechanism in an A-CDN has to decide not only which object shall be stored in which surrogate but also which representation or which representations of the object to replicate. Traditional replica placement mechanisms are incapable of taking different representations of the same object into consideration. That is why A-CDNs that use traditional replica placement mechanisms may only replicate generic or statically adapted representations. The replication of statically adapted representations reduces the sharing of the replicas. The replication of generic representations results in adaptation costs and delays with every request. That is why the dissertation thesis proposes the application of adaptation-aware replica placement mechanisms. By taking the adaptability of the contents into account, adaptation-aware replica placement mechanisms may replicate generic, statically adapted and even partially adapted representations of an object. Thus, they are able to balance between static and dynamic content adaptation. The dissertation is targeted at the evaluation of the performance advantages of taking knowledge about the adaptability of contents into consideration when calculating a placement of replicas in an A-CDN. Therefore the problem of adaptation-aware replica placement is formalized as an optimization problem; algorithms for solving the optimization problem are proposed and implemented in a simulator. The underlying simulation model describes an Internet-wide distributed A-CDN that is used for the delivery of JPEG images to heterogeneous mobile and stationary clients. Based on the simulation model, the performance of the adaptation-aware replica placement mechanisms are evaluated and compared to traditional replica placement mechanisms. The simulations prove that the adaptation-aware approach is superior to the traditional replica placement mechanisms in many cases depending on the system and load model as well as the storage capacity of the surrogates of the A-CDN. However, if the load of different types of clients do hardly overlap or with sufficient storage capacity within the surrogates, the adaptation-aware approach has no significant advantages over the application of traditional replica-placement mechanisms.

Diploma thesis deals with creating four laboratory tasks using simulation tool OMNeT++ and Inet Framework extension. Subject matter of these designed tasks is focused on routing protocols, providing quality of service, computer networking technologies used in local area networks and comparison of active networking devices. First task contains the comparison of behaviour and routing techniques between protocols RIPv2 and OSPFv2, including the effect of dividing OSPF network into smaller areas. Second task is focused on various techniques for controlling quality of service, namely FIFO queue, PQ and WFQ. Main goal is the comparison of results, that define quality of network services. Third task compares networking technologies, Ethernet and WLAN, parameters of transmission. Fourth task offers comparison of networking devices, hub, switch and router. This paper also contains required theory of network technologies and software tools used for executing simulations.

La congestion en milieu urbain est un enjeu majeur que ce soit d’un point vue économique, social ou environnemental. À court et moyen terme, l’utilisation de la simulation dynamique du trafic routier peut permettre d’analyser et de guider des politiques d’optimisation des infrastructures existantes. Aujourd’hui, du fait de la complexité des systèmes de transport, les outils de modélisation classiques sont limités à des échelles géographiques peu étendues (de l’ordre du quartier). À grande échelle, le temps de calcul devient rapidement un facteur limitant tout comme le calibrage et la scénarisation. Néanmoins les dernières décennies ont vu l’apparition d’une nouvelle génération de modèles bien adaptés aux métropoles urbaines. Ceux-ci sont basés sur une relation phénoménologique entre la production de déplacements et le nombre de véhicules dans une zone spatiale d’un réseau routier, appelée Diagramme Fondamental de Zone (Macroscopic Fundamental Diagram, MFD). Cette relation, validée empiriquement sur de nombreuses villes, a permis d’étudier différentes méthodes de contrôle du trafic pour une ville entière, mais a été peu utilisée à des fins de prévision de la congestion. L’objectif de cette thèse est de proposer un premier outil opérationnel de simulation et d’analyse des grands réseaux de métropoles, en utilisant et développant les modèles de trafic basés sur la relation MFD. Cet outil doit posséder un cadre théorique cohérent qui puisse convenir à des applications telles que la prévision d’états de trafic, le développement de nouvelles politiques de contrôle, l’estimation de pollutions liées au trafic, etc. Les contributions de la thèse portent sur deux aspects. Le premier est l’analyse des propriétés mathématiques et physiques des modèles existants, en incluant une formalisation complète de la gestion de plusieurs longueurs de parcours au sein d’une même zone urbaine. En particulier, cette formalisation traite de la distinction des trajets internes à la zone et des problèmes de flux convergents et divergents pour les trajets traversant la zone lorsque la congestion se propage d’une zone à l’autre. Le deuxième aspect est la proposition d’un nouveau modèle basé sur la distance individuelle parcourue à l’intérieur d’une zone urbaine (trip-based). Cette approche permet d’individualiser les usagers (auparavant représentés sous forme de flux continus) et donc de définir plus finement leurs caractéristiques, en vue de coupler leurs déplacements à des modèles d’affectations sur différentes routes. Enfin, des exemples d’application illustrant diverses collaborations sont donnés en dernière partie de la thèse. La simulation du trafic sur l’aire urbaine du Grand Lyon (France) y est présentée, ainsi que de nouveaux modules de modélisation de la recherche de parking ou de contrôle périphérique. Cette thèse est partie intégrante d’un projet européen ERC intitulé MAGnUM : Approche multi-échelle et multimodale de la modélisation du trafic pour une gestion durable de la mobilité urbaine. / Congestion in urban areas has become a major issue in terms of economic, social or environmental impact. For short or mid term, using dynamic road traffic simulation can help analyzing and providing guidelines to optimization policies of existing infrastructures. Today, because of the complexity of transport systems, classical modeling tools are limited to small geographical areas (of a district size). Computational time, together with simulation calibration, are notably very constraining at large scales. However, a new generation of models designed for metropolitan areas has arisen over the past decades. These models are based on a phenomenological relationship between travel production and the number of vehicles in a given spatial area of a road network, known as the Macroscopic Fundamental Diagram (MFD). This relationship, supported by empirical evidences from several cities around the world, has allowed the study of different traffic control schemes at a whole city scale, but was rarely used for traffic state forecasting. The aim of this PhD is to propose an efficient modeling tool, based upon the concept of MFD, to simulate and analyze traffic states in large metropolitan areas. The theoretical framework of this tool must be consistent and applicable for traffic state forecasting, development of new control policies, traffic emission estimation, etc. There are two major contributions in this PhD. The first one is analyzing the mathematical and physical properties of existing models, and formalizing the dynamics of several trip lengths inside the same urban zone. In particular, this formalization distinguishes between internal trips and trips crossing the zone. Flow merging and diverging issues are also addressed when congestion propagates from one zone to another. The second contribution is proposing a new trip-based model based on individual traveled distance. This approach allows to treat users independently (previously represented with continuous flows), and thus to define their characteristics more precisely to couple their trips with assignment models on different paths. Finally, examples of application from various collaborations are given in the last part of this thesis. It includes a simulation study of the Grand Lyon urban area (France), as well as new modules to simulate search-for-parking or perimeter control. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility.

Temperature-responsive hydrogels are polymer particles whose equilibrium size depends on the temperature of the water they are immersed in. Here we present an equivalent circuit model of a temperature-controlled microvalve based on hydrogel particles. The resulting network model consists of three physical subsystems. The thermal subsystem considers the heat capacities and thermal resistances of the layers of the valve and the coupling to the ambient environment. The polymeric subsystem describes the relaxation of the hydrogel particles to the temperature-dependent equilibrium size. The fluidic subsystem consists of the supply channel and a chamber whose cross section varies according to the size of the hydrogel particles. All subsystems are described and coupled within one single circuit. Thus the transient behavior of the valve can be calculated using a circuit simulator. Simulation results for a setup are presented and compared with experiments.

We theoretically and experimentally investigate the impact of pore space structure, wettability, and surface roughness on the displacement front, trapping, and sweeping efficiency at low capillary numbers. The microstructure of (i) 2D geologically-realistic media (2D natural sand and sandstone), (ii) a topological 3D-2D-transformation (2D sand analog), and (iii) geometrically representative media (Delaunay Triangulation) were studied over a wide range of wettability from water-wet to oil-wet systems provided by using various fluid-pairs. We observed the transition (compact to fractal) in the displacement front caused by local instabilities identified by Cieplak and Robbins. The trapping efficiency of 2D natural microstructures showed a non-monotonous dependency on wettability, whereas a crossover from no trapping to maximal trapping was observed in 2D patterns of circular grains. For the first time, we compared identical experimental microstructures with simulation, capturing the key elements of the invasion process. We demonstrated that corner flows occur particularly in low-porosity media, where the smaller grain-grain distance hindered the corner-flow bridging. These insights could improve the CO2 geological storage and Enhanced Oil Recovery processes.