Th. 3e cycle--Instrumentation et mes.--Bordeaux 1, 1983. N°: 1864.

Cette thèse a pour objectif d'améliorer la compréhension des effets d'un gradient sur une couche limite turbulente à l'équilibre. On s'intéresse en particulier aux effets d'un gradient de pression sur la partie aérodynamique de l'écoulement, ainsi que sur le bruit émis par la couche limite turbulente. En effet, une couche limite turbulente est une source de bruit omniprésente en aéronautique, automobile ou encore en ferroviaire. Cette source provient de la pression fluctuante produite par la couche limite turbulente se développant à la surface de la paroi extérieure du véhicule. Deux contributions au bruit de couche limite turbulente à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule peuvent être observées. La première contribution est une contribution de type aéroacoustique et est appelée contribution directe. Elle est due à la génération d'ondes acoustiques par les fluctuations de pressions générées par la couche limite turbulente. La deuxième contribution est due à des mécanismes de vibro-acoustique et est appelée contribution indirecte. Elle est due à l'excitation structurale engendrée par les fluctuations de pression sur la paroi du véhicule. Les fluctuations de pression d'une couche limite turbulente sont de plus responsables de la génération d'un rayonnement acoustique qui est de même nature que celui de la contribution directe mais qui est dirigé vers l'extérieur du véhicule. Dans le cadre de cette thèse, des calculs directs à l'aide d'un solveur numérique permettant la résolution des équations de Navier-Stokes en régime compressible sont réalisées pour des cas de couches limites avec gradients de pression adverses et favorables. L'étude de ces résultats nous permet de mettre en évidence l'augmentation des niveaux du rayonnement acoustique avec un gradient adverse et leur diminution avec un gradient favorable en comparaison du cas sans gradient de pression. De plus, l'étude des spectres de la pression fluctuante sous les différentes couches limites étudiées, a également permis d'observer l'augmentation des deux contributions au bruit de couche limite, à savoir les contributions directe et indirecte avec un gradient de pression adverse et leur diminution avec un gradient de pression favorable. On observe de plus que ces effets sont amplifiés avec l'augmentation de l'intensité du gradient. / The aim of this study is to provide a better understanding of the effects of a pressure gradient on an equilibrium turbulent boundary layer. In particular, the effects on the aerodynamic part and on the turbulent boundary layer noise are studied here. In fact, in the framework of transport industry, boundary layers constitute a fundamental source of aerodynamic noise. A turbulent boundary layer over a wall can provide a direct and an indirect contribution to the noise felt inside a vehicle. The indirect contribution corresponds to the structural excitation of the structure below and the direct contribution consists in the propagation of pressure waves. Wall pressure fluctuations are also responsible for the propagation of pressure waves outside the turbulent boundary layer. In this regard, simulations of turbulent boundary layers in presence of adverse and favorable pressure gradients are carried out using direct noise computation by solving the compressible Navier-Stokes equations. This method provides the direct contribution and the wall pressure fluctuations, which are responsible for the indirect contribution to the aerodynamic noise. Results show that an adverse pressure gradient leads to higher levels of the direct acoustic emission whereas lower levels are obtained in presence of a favorable pressure gradient in comparison to the zero gradient case. The study of the spectra of the wall pressure fluctuations for the different gradients cases we present, yield to the same hierarchy of levels. We further observed that these effects are amplified with the increase in the intensity of the gradient.

L'écoulement autour des véhicules produit une couche limite turbulente très proche de la paroi. Le caractère turbulent induit des fluctuations de pression pariétale qui font vibrer les panneaux du véhicule. Ces vibrations sont alors transmises à travers la structure et rayonnent du bruit dans l’habitacle. Les niveaux sonores dus à l'écoulement augmentent avec la vitesse du véhicule. Pour cette raison, cette problématique connaît un intérêt croissant dans le secteur aéronautique.Le but de cette thèse est double : comprendre les mécanismes à l’origine de ces fluctuations de pression à la paroi et prédire l’excitation de la structure avion due à l’écoulement turbulent.Pour ce faire, des calculs Large Eddy Simulation (LES) sont disponibles. Il s’agit de bases de données numériques d’écoulements de couches limites turbulentes en présence de gradients de pression favorable, adverse et nul. Ceci permet de caractériser l’écoulement sur des géométries courbes telles que la pointe avant d’un avion. L’effet du gradient de pression sur des structures cohérentes de type « hairpins » et paquets de « hairpins » a pu être identifié et quantifié à travers des méthodes de visualisation et d’analyse statistique. Une méthode d’estimation stochastique du champ de vitesse a révélé la présence de tourbillons contra-rotatifs au-dessus des paquets de hairpins. Ces tourbillons ont une vorticité opposée à celle des hairpins et un modèle de « hairpins inversé » a été proposé.En s’inspirant du travail de Ahn et al. (2010), un modèle stochastique de spectre de la pression pariétale a été développé. Il s’agit de reconstruire un champ stochastique de vitesse instantanée et d’en déduire le champ de pression à la paroi en résolvant une équation de Poisson sur la pression. Le champ de vitesse est obtenu en soumettant des structures de type paquets de hairpins à un écoulement moyen. Les caractéristiques des paquets de hairpins en fonction du gradient de pression sont basées sur l’analyse des bases LES. Les résultats de ce modèle sont comparés à ceux issues de bases de données numériques et expérimentales. Enfin, ce modèle est utilisé pour caractériser l’écoulement de couche limite turbulente dans une simulation de Statistical Energy Analysis (SEA) afin de prédire les niveaux de vibration des panneaux d’une portion de fuselage d’avion. / The flow around vehicles creates a turbulent boundary layer in the vicinity of the wall. The turbulent behavior induces pressure fluctuations that make the panels vibrate. These vibrations are then transmitted though the structure of the vehicle and radiate noise inside the cabin. The flow-induced noise levels increase with the speed of the vehicle. For this reason, aircraft manufacturers show a great interest in this topic.There are two objectives for this thesis: understand the mechanisms responsible for the wall-pressure fluctuations and predict this source of aircraft panel excitation.A study of available Large Eddy Simulation (LES) computations was performed. The database consists in simulations of turbulent boundary layer flows submitted to favorable, adverse and zero pressure gradients. This is necessary to understand the nature of the flow over curved geometries such as the aircraft flight deck. The effect of pressure gradients on coherent hairpin structures and hairpin packets could be identified and quantified based on visualization and statistical analysis methods. Linear stochastic estimation of the velocity fields revealed a pair of counter-rotating streamwise vortices above hairpin packets. These vortices have a vorticity opposite to that of the hairpins and an “inverse hairpin” model was proposed.Following the work of Ahn et al. (2010), a stochastic model for wall-pressure spectrum was developed. The idea is to build a stochastic turbulent velocity field using hairpin packets which are subjected to a mean flow. The characteristics of the packets depending on the pressure gradient are based on the analyses of the LES database. The pressure field at the wall is obtained by solving a Poisson equation. The results of the hairpin packet model are compared to numerical and experimental data. Finally, the model is used as input for a Statistical Energy Analysis (SEA) simulation in order to predict the levels of vibrations of panels submitted to a turbulent boundary layer flow over a portion of an aircraft cabin.

La collision entre les plis vocaux lors de la phonation, phénomène physiologique essentiel pour la synchronisation de la vibration des plis, est également une composante du phonotraumatisme. Le rôle du phonotraumatisme dans la physiopathologie des dysphonies est communément admis mais sa nature reste mal définie et sa quantification difficile. Ce travail propose d’aborder cette question au moyen d’approches in vivo sur des sujets sains et ex vivo sur des larynx humains excisés. L’objet de ce travail est l’étude du comportement laryngé lorsque le larynx est soumis à des conditions de pression sous-glottique extrêmement élevées. In vivo, l’étude de la voix criée reposait sur la mesure constante de la pression sous-glottique. Ex vivo, cette dernière était manipulée en dehors de toute modification des autres paramètres de contrôle. Le volet ex vivo a nécessité un développement méthodologique (modernisation et adaptation au larynx humain) du banc expérimental utilisé pour des larynx animaux. Les résultats ont montré l’existence chez les locuteurs sains d’un « plafonnement » dans l’intensité vocale et le signal électroglottographique pour les très hauts niveaux de pression sous-glottique. Les études sur larynx humains excisés mesuraient la force de collision entre les plis vocaux sous l’effet de la pression sous-glottique et ont mis en évidence l’existence, ici aussi, d’un « plafonnement » de cette force lorsque la pression sous-glottique est très élevée. Les observations rapportées par ce travail ont un intérêt clinique important même si les phénomènes physiques sous-jacents restent à préciser. / The collision between the vocal folds during phonation is a physiological phenomenon with a powerful role in the synchronization of their vibration. This collision is also a component of the phonotrauma. The role of phonotrauma in the pathophysiology of dysphonia is commonly accepted but its nature still unclear and its quantification remains difficult. This work proposes, an in vivo study in healthy subjects, and an ex vivo one on excised human larynges. The purpose of this work was to study of the laryngeal behavior when the larynx is subjected to extremely high subglottic pressure. In vivo, it is studying the shouted voice with constant measure of subglottal pressure. Ex vivo, the subglottic pressure is directly manipulated. The ex vivo study required a methodological development to modernize the experimental bench used for animal larynges studies and to adapt it to the human larynx. The results showed, in healthy speakers the existence of a "plateau" in the vocal intensity and in the electroglottographic signal for very high levels of subglottic pressure. The excised larynx studies measured the collision force between the vocal folds and its changes depending on other acoustic and electroglottographic parameters. They highlighted the existence, here too, of a "plateau" in the level of the collision force when the subglottic pressure was very high. The observations presented in this work are, to our knowledge, unprecedented. They have important clinical interest for understanding the concept of phonotrauma. Their interpretation in physical terms remains very incomplete.

Le vieillissement diminue les propriétés mécaniques protectrices de la peau qui prédispose le sujet âgé aux ulcères de pression, les escarres. Ce travail a pour objectif de (1) tester les capacités de défense de la peau face aux contraintes mécaniques au cours du vieillissement, (2) identifier les facteurs responsables de la dégénérescence des capacités de protection de la peau avec l'âge et (3) évaluer les effets d'un traitement chronique anti-oxydant. Les capacités de résistance de la peau aux pressions ainsi que l'incidence d'escarres suite à une ischémie prolongée ont été étudiées chez des rats jeunes (6 mois), matures (12 mois) et âgés (24 mois) de deux souches : Brown Norway (longévité accrue), et Wistar. Des études complémentaires ont permis d'identifier les facteurs responsables de cette dégénérescence, en particulier le versant vasculaire, l'atteinte nerveuse sensorielle et les modifications de la structure et des propriétés visco-élastiques de la peau. L'efficacité du traitement anti-oxydant sur les capacités mécaniques protectrices de la peau a été estimée. Les résultats montrent une altération des propriétés mécaniques protectrices de la peau avec l'âge, plus ou moins précoce selon la souche de rats, associée à une atteinte fonctionnelle vasculaire (chez les rats Wistar), l'installation progressive d'une neuropathie périphérique sensorielle et d'un défaut visco-élastique cutané dans les deux souches de rats. Ces atteintes ne reflètent pas systématiquement la fragilité de la peau âgée face aux escarres, modulée par l'état du tissu adipeux. Le traitement antioxydant permet de réduire plusieurs atteintes mais a induit des effets contradictoires entre les deux souches de rats étudiées vis-à-vis de l'incidence d'escarres / The aging decreases the protective properties of the skin, which predisposes the aging subject to pressure ulcers. This thesis had for objective (1) to test the defence capacities of the skin to resist mechanical stress during aging, (2) identify the factors responsible for the degeneration of the protection capacity of the aging skin and (3) evaluate the effects of a chronic antioxidant treatment. To meet this three objectives, the cutaneous responses to pressures of different intensities together with the pressure ulcer incidence following a prolonged ischemia were studied on 3 different ages of rats: young (6 months), mature (12 months) and aged (24 months). Those 3 stages of aging were studied on 2 different rat strains: “Brown Normay”, healthy aging model with an accrued longevity and “Wistar”, control rats. Complementary studies allowed identifying the mechanism who leads to a diminution of the protective capacities of the skin. In particular, the vascular dysfunctions (endothelial and smooth muscular cells), the sensory nervous dysfunctions, the modifications of the skin structure and the viscoelastic properties were evaluated. The efficiency of the anti-oxidant treatment was estimated focusing principally on the effects on the nervous and vascular capacities, the structure of the skin and the impact of the pressure ulcer. The results show that the aging induces a more or less early alteration of the protective properties of the skin in response to pressures, more or less precocious depending on the strain of the rat. The decrease of the natural defences is associated to a vascular dysfunction (endothelium with the Wistar rats), the progressive installation of a sensory peripheral neuropathy and a deterioration of cutaneous viscoelastic properties with the two strains of rats. These deteriorations do not reflect systematically the fragility of the aged skin towards pressure ulcers, modulated by the state of the subcutaneous adipose tissue. The chronic anti-oxidant treatment allows to reduce several dysfunctions but has induced contradictory effects between the two studied strains of rats towards the incidence of pressure ulcers

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Ce mémoire présente une étude de l’effet d’une pression hydrostatique sur la reconstruction de la surface de Fermi dans le cuprate supraconducteur La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4]. Des mesures de la résistivité et de l’effet Hall ont été effectuées à Sherbrooke ainsi qu’au National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee sur des échantillons de La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] à deux dopages d’intérêt. Une revue de la littérature pertinente à la mise en contexte des résultats est d’abord présentée, portant notamment sur les études de pression déjà publiées dans le domaine. Quelques notions théoriques sur le transport électrique et sur les signatures des fluctuations quantiques associées à la présence d’un point critique quantique sont ensuite amenées. La méthode expérimentale est décrite en détail et le fonctionnement des cellules de pression est expliqué. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux sont ensuite présentés. Finalement, une discussion propose quelques pistes d’interprétation pour ces résultats. Les mesures d’effet Hall sous pression ont permis de montrer que la reconstruction de la surface de Fermi est supprimée à p = 0.20. Les données de résistivité témoignent d’un déplacement de la ligne T∗ associée au pseudogap et montrent qu’une pression de 20 kbar suffit à révéler un intervalle de dopage où la résistivité est linéaire jusqu’à très basse température. Ces résultats font état d’une grande ressemblance entre La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] sous pression et La[indice inférieur 2−x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4], le composé parent. Ils appuient de plus la thèse que la pression supprime l’ordre de charge associé à la reconstruction de la surface de Fermi.

La réfrigération dans les arénas représente un pourcentage très important de leur consommation énergétique. Ceci confirme l'importance de mettre en place des mesures d'efficacité énergétique lié à ce volet. L'optimisation de la consommation d'énergie, et l'augmentation de la fiabilité et de la durée de vie des équipements dans les systèmes de réfrigération est une préoccupation qui ne cesse de prendre de l'importance. Actuellement, les systèmes de réfrigération incorporés dans les arénas sont généralement dimensionnés selon un standard américain, qui ne tient pas compte du climat canadien. L'objectif de la présente étude est de démontrer l'impact de moduler la pression de condensation du système de réfrigération pour bénéficier du climat canadien. L'étude démontre qu'un système de réfrigération opérant avec une pression de condensation variable, offre plusieurs opportunités pour diminuer la consommation des systèmes et accroître rapidement l'efficacité énergétique du parc des arénas au Québec. Elle peut aussi à court, moyen et long terme avoir un impact important et positif sur la facture d'énergie des arénas.

Le coulis de glace est un fluide composé d'une phase solide, la glace, et une phase liquide, une solution aqueuse. Dû à la chaleur latente de la fonte de la glace, le coulis peut extraire une plus grande quantité d'énergie que le fait un fluide monophasique. Dans un premier temps, les corrélations permettant de calculer les propriétés thermophysiques des solutions aqueuses, soient la concentration de glace, la densité, la viscosité, la conductivité thermique et l'enthalpie, sont établies.Le coulis à base de propylène glycol est pris comme exemple afin de présenter la démarche suivie. Pour les trois autres additifs, l'éthylène glycol, le chlorure de calcium et le chlorure de sodium, seuls les coefficients des corrélations sont présentés. Dans un deuxième temps, une série d'expérimentations a été réalisée sur un échangeur de chaleur tubes et calandre afin d'évaluer les pertes de pression et le transfert de chaleur du coulis fait à base d'éthylène glycol. La perte de pression dans les tubes, ainsi que la température à l'entrée et à la sortie et le débit massique de chaque fluide ont été mesurés. Les mesures ont démontré que la concentration de glace a un impact plus grand sur le transfert de chaleur quand le débit de coulis est faible. De plus, le débit de coulis a un impact plus grand sur les pertes de pression que la concentration de glace. Dans un troisième temps, le transfert de chaleur en régime transitoire entre la patinoire, les fondations du bâtiment et le sol extérieur a été calculé par un modèle numérique d'aréna. Deux réfrigérants secondaires, la saumure et le coulis, servant à refroidir la glace sont comparés. La simulation montre que la température de la glace est plus uniforme avec le coulis qu'avec la saumure. Une analyse paramétrique est menée afin d'évaluer l'effet de la diminution du débit de réfrigérant secondaire sur la température de la surface de la glace et sur la puissance de pompage.

Au cours des dernières décennies, les infrastructures canadiennes et québécoises comportent plusieurs structures en béton armé présentant des problèmes de durabilité dus aux conditions climatiques sévères, à la mauvaise conception des structures, à la qualité des matériaux, aux types des bétons choisis, aux systèmes de construction ou à l'existence d'événements incontrôlables. En ce qui concerne le choix du béton pour la construction des infrastructures, une vaste gamme de béton divisée en deux principaux types peut être utilisée: le béton conventionnel vibré (BCV) et le béton autoplaçant (BAP). Dans le cas d'un BCV, la consolidation inadéquate par vibration a été un problème récurrent, occasionnant des dommages structuraux. Ceci a conduit à une réduction de la durabilité et à une augmentation du coût d'entretien et de réparation des infrastructures. Rien que l'utilisation d'un BAP a des avantages tels que l'élimination de la vibration, la réduction des coûts de main d'oeuvre et l'amélioration de la qualité des structures, néanmoins, le coût initial d'un BAP par rapport à un BCV ne permet pas encore de généraliser son utilisation dans l'industrie de la construction. Ce mémoire présente la conception d'une nouvelle gamme de béton semi-autoplaçant pour la construction des infrastructures (BSAP-I) exigeant une vibration minimale. Il s'agit de trouver un équilibre optimal entre la rhéologie et le coût initial du nouveau béton pour conférer une bonne performance structurale et économique aux structures. Le programme expérimental établi a premièrement permis d'évaluer la faisabilité d'utilisation des BSAP-I pour la mise en place des piliers d'une infrastructure de pont à Sherbrooke. En plus, l'utilisation d'un plan d'expériences a permis l'évaluation de trois paramètres de formulation sur les propriétés des mélanges de BSAP-I à l'état frais et durci. Finalement, l'évaluation de la performance des BSAP-I optimisés à travers une caractérisation complète des propriétés mécaniques et de la durabilité a été réalisée. A la suite de cette étude, les résultats obtenus nous permettent de conclure que : (1) L'utilisation d'un BSAP-I avec un gros granulat de 5 - 14 mm, des rapports E/L = 0,37 et S/G = 0,52 et une teneur en air de 6 à 9% a été possible en conférant un équilibre optimal fluidité / stabilité à l'état frais, ainsi qu'un niveau de thixotropie adéquate au chantier permettant d'optimiser la conception du coffrage des piliers de pont et de conférer des qualités de surfaces très acceptables de ces infrastructures. (2) La méthode adaptée pour l'essai L-Box contenant 2 barres et une vibration de 5 secondes a permis de bien caractériser la capacité de remplissage d'un BSAP-I. (3) L'utilisation d'un plan factoriel 2[indice supérieur 3] a permis d'obtenir des modèles statistiques fiables, capables de prédire les propriétés rhéologiques à l'état frais et les résistances en compression des BSAP-I avec des dosages en liant entre 370 et 420 kg/m[indice supérieur 3] , des rapports E/L entre 0,34 et 0,40 et S/G entre 0,47 et 0,53. (4) Des mesures de vitesse d'écoulement T[indice inférieur 40] d'un BSAP-I sont très semblables à celles d'un BAP. En plus, des valeurs T[indice inférieur 40] montrent une bonne corrélation linéaire avec celles de Tîndice inférieur 400] mesurés dans la boîte L-Box. (5) À la frontière du BAP et du BCV, une bande rhéologique possédant un [?0] entre 30 et 320 Pa et un [éta] entre 10 et 140 Pa.s a été trouvée pour la conception optimale des BSAP-I. (6) Les BSAP-I optimisés ont également conféré une très bonne performance à l'état frais, en permettant maintenir un bon équilibre entre la rhéologie et la stabilité dans le temps, lorsqu'on utilise une énergie de vibration minimale pour amorcer son écoulement. (7) À l'état durci les BSAP-I ont conféré une bonne performance présentant des résistances mécaniques élevées et des niveaux négligeables de pénétration aux ions chlores, de perte de masse par écaillage et des attaques par le gel/dégel. (8) L'utilisation des ciments combinés possédant de la fumée de silice, du laitier et de la cendre volante ont permis [d']améliorer le comportement rhéologique et minimiser le retrait par séchage des BSAP-I dans le temps.