Le contexte de cette étude porte sur l’implémentation d’une stratégie de commande collaborative entre le système de freinage électro-hydraulique d’un véhicule récréatif trois-roues à propulsion électrique et son système de freinage régénératif. Grâce à l’établissement d’une méthode originale d’allocation des efforts de freinage aux roues avant / arrière, la stratégie développée permet de spécifier la consigne d’effort de freinage « idéale » à la roue arrière en fonction du freinage hydraulique à l’avant. Une commande prédictive nonlinéaire a été développée pour répartir cette consigne entre le frein électro-hydraulique et le frein régénératif en temps réel. Cette stratégie de contrôle consiste à trouver la commande optimale à appliquer sur un horizon de temps glissant à durée finie. La commande est la solution d’un problème d’optimisation sous contraintes dures, dont le processus a été implémenté en-ligne avec la prise en charge directe d’un modèle de prédiction nonlinéaire des dynamiques rapides du système de freinage hybride. L’identification paramétrique et la validation de ce modèle ont été réalisées expérimentalement sous diverses conditions. L’analyse des résultats de la commande prédictive, tirés de simulations ainsi que d’expérimentations sous forme d’essais routiers montre des résultats conformes aux comportements attendus. En effet, la stratégie permet de maximiser le couple de freinage régénératif lors d’un freinage nécessitant l’utilisation collaborative des deux systèmes de frein tout en respectant la consigne de freinage. De plus, on observe des propriétés de robustesse à l’incertitude paramétrique. Finalement, les résultats expérimentaux démontrent qu’avec la croissance de la puissance de calcul embarquée, la commande prédictive nonlinéaire devient envisageable pour de nombreuses applications temps-réel à dynamique rapide.

En propulsion électrique, le freinage régénératif consiste à récupérer l’énergie cinétique du véhicule en freinant la roue propulsée avec la motorisation électrique. Afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérée à partir du freinage électrique, la plupart des études antérieures proposent des stratégies qui consistent à définir le couple de freinage en fonction de la vitesse du véhicule. Dans cette étude nous proposons une stratégie originale qui consiste à commander le glissement de la roue freinée en fonction de la vitesse du véhicule. Les deux principales hypothèses qui ont motivé ce travail sont que cette stratégie de récupération, réglée à l’optimum, est moins sensible aux incertitudes et qu’elle permet d’éviter une perte d’adhérence de la roue, étant donné que le glissement est contrôlé. L’objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu’il est possible de mettre en œuvre une telle approche sur un véhicule électrique afin d'assurer une récupération optimale de l'énergie tout en assurant la stabilité du véhicule. Le premier volet de cette étude est d’étudier l’avantage de la stratégie de commande du glissement quand elle est globalement optimisée au sens de maximiser la récupération d’énergie en considérant le rendement énergétique de la chaine électrique et des pertes mécaniques. Pour cela, un simulateur basé sur Matlab/Simulink a été développé et validé par des mesures expérimentales. La nouvelle stratégie en glissement est alors comparée en simulation à d’autres stratégies, et sa sensibilité est évaluée par rapport à des incertitudes paramétriques sur l’inclinaison de la route, la masse et les conditions routières. Les simulations numériques, validées par des essais expérimentaux, montrent qu’un freinage régénératif qui commande le glissement est la stratégie la moins sensible aux variations paramétriques. Le deuxième volet de cette étude porte sur la synthèse et la mise en œuvre d’un contrôleur temps-réel, embarqué sur un véhicule électrique à trois roues, afin de procéder à des tests routiers de la stratégie en glissement. Considérant qu'il n'est pas possible de mesurer directement le glissement, il doit être estimé en temps réel à partir des mesures des encodeurs des roues. Pour ce faire, un modèle d’état non-linéaire du comportement du système de propulsion électrique, incluant la dynamique du glissement, a été expérimentalement identifié. Ce modèle original, combiné à un modèle classique de dynamique longitudinale du véhicule, est utilisé pour la synthèse et la comparaison de deux observateurs de Kalman étendu. Finalement, un estimateur d’adhérence, basé sur un algorithme d’identification de type RLS-[lambda], est mis en place pour corriger en-ligne un facteur lié à l’adhérence. Il devient ainsi possible d’estimer avec précision le glissement de la roue motrice, même en présence de variations paramétriques importantes. Un contrôleur non-linéaire temps réel a été développé et implanté dans le but de suivre une consigne de glissement optimal. Considérant la présence d’un retard pur important dans la chaine de contrôle, le contrôleur se décompose en une partie boucle ouverte afin d’atteindre rapidement la consigne de couple et une rétroaction non-linéaire afin de corriger finement la valeur finale. La synthèse des compensateurs (boucle ouverte et rétroaction) se base sur une linéarisation par morceaux du système à contrôler: les paramètres du modèle d’état sont fixés pour une commande de couple de freinage donnée. La structure de contrôle implantée a été réduite afin de minimiser la puissance de calcul requise. La combinaison de l’observateur de glissement avec le contrôleur de glissement a permis de valider expérimentalement la stratégie de freinage par glissement sur un véhicule électrique. Les conditions de la route (niveau d’adhérence) ont été modifiées pour valider la robustesse du contrôleur sur une surface glissante.

L'utilisation de pile à combustible à bord d'un avion impose d'extraire des espèces légères (telles que l'hydrogène et les hydrocarbures légers) du combustible liquide qui est stocké et utilisé, éventuellement à des températures où se produit une pyrolyse du carburant. La porosité d’un matériau composite pourrait être utilisée pour filtrer les espèces sélectionnées. L'efficacité de séparation d’un matériau poreux dépend de deux facteurs qui sont: la perméance et la sélectivité.Ces facteurs sont souvent déterminés avec une configuration classique utilisant un échantillon en forme d’un disque d’un matériau poreux. Cependant, cette configuration est loin de la réalité qui est composée de tubes. Par conséquent, une étude est réalisée en considérant les deux configurations en utilisant différents types de disques poreux et un tube composite poreux. Ensuite, les résultats obtenus sont comparés et les différents facteurs affectant le processus de perméation sont étudiés.Après cela, un banc d'essai innovant est développé et utilisé afin de déterminer la distribution axiale des deux propriétés d'un tube poreux en acier inoxydable (c'est-à-dire la perméance et la sélectivité). Les effets des conditions opératoires (débit massique d'entrée et pression d'entrée) ont été étudiés. Une nouvelle forme radiale de l'équation de perméabilité aux gaz a été développée pour ce travail et sa relation avec la perméabilité de Darcy est établie. La variation de pression le long de l'axe central du tube est déterminée. Les effets de cette variation de pression sur les propriétés physiques des gaz tels que la densité et la viscosité sont déterminés et leur influence sur la sélectivité est étudiée en utilisant différents gaz tels que l'azote, le dioxyde de carbone, le méthane et l'hélium.Plus tard, un mélange binaire de dioxyde de carbone (CO2) et d'Azote (N2) est considéré sous trois compositions volumétriques différentes (50/50%, 60/40% et 70/30%) afin d'évaluer la propriété de séparation de gaz d’un tube poreux (effet de membrane). La perméabilité au gaz pur, la perméabilité du mélange, la sélectivité idéale et la sélectivité de séparation de ce tube sont déterminées pour un débit massique et une pression d'entrée différents. Les facteurs affectant les distributions de CO2 et de N2 à l'intérieur du tube poreux sont étudiés.Les résultats obtenus peuvent être utiles pour comprendre les facteurs affectant la séparation des gaz dans le cas d'un tube poreux pour des processus industriels continus. / Using Fuel Cell on board of aircraft imposes to extract light species (such as Hydrogen and light hydrocarbons) from the liquid fuel which is stored and used, possibly at temperatures where a fuel pyrolysis occurs. Porosity of a composite material could be used to filtrate the selected species. The separation efficiency of a porous material depends upon two factors which are: Permeance and Selectivity.These factors are often determined with a classical configuration using a porous disk sample. However, this configuration is far from the realistic one consisting of tubes. Therefore, a study is performed considering both configurations using different types of porous disks and a porous composite tube. Then, the obtained results are compared and the different factors affecting the permeation process are studied.After that, an innovative permselectivity test bench is developed and used in order to determine the axial distribution of the two properties of a stainless steel porous tube (i.e. permeance and selectivity). The effects of the operating conditions (inlet mass flowrate and inlet pressure) have been studied. A new radial form of the gas permeability equation has been developed for this work and its relationship with Darcy‘s permeability is established. The pressure variation along the centre axis of the tube is determined. The effects of this pressure variation on the physical properties of gases such as density and viscosity are determined and their influence on the selectivity is studied using different gases such as Nitrogen, Carbon dioxide, Methane, and Helium. Later, a binary mixture of Carbon Dioxide (CO2) and of Nitrogen (N2) is considered under three different volumetric compositions (50/50%, 60/40% and 70/30%) in order to evaluate the separation property of the porous stainless steel tube (membrane effect). The pure gas permeability, the mixture permeability, the ideal selectivity and the separation selectivity of this tube are determined for a different mass flowrate and inlet pressure. The factors affecting the distributions of CO2 and N2 inside the porous tube are investigated. The obtained results can be useful to understand the factors affecting gas separation in case of a porous tube for continuous industrial processes

Ces travaux ont pour objectif d'étudier l'intégration d'une technologie de combustion récente, les brûleurs régénératifs à Oxydation sans Flamme, sur les fours de réchauffage sidérurgiques. La modélisation numérique a été utilisée pour étudier les enceintes équipées de tels brûleurs. Un accent particulier a été porté sur la validation expérimentale des modèles. L'outil CFD a d'abord permis d'étudier finement les caractéristiques de la combustion. Les modèles de fermeture ont d'abord été pré-sélectionnés. Le modèle a ensuite été confronté à des mesures de vitesses, espèces chimiques et températures dans la flamme pour choisir définitivement les modèles les plus adéquats.Une méthodologie de simplification a ensuite été mise en place pour optimiser le ratio précision / temps de calcul du modèle CFD, dans l'optique d'étudier les enceintes multi-brûleurs. Cette approche a été validée par rapport au modèle CFD détaillé.Enfin la simulation des régimes transitoires, essentielle dans l'analyse des performances des fours, a été traitée par une approche nodale, consistant à représenter les éléments du système sous la forme d'un réseau de composants simples. Les phénomènes physiques sont inclus dans les échanges entre les composants du réseau par l'intermédiaire d'une conductance dépendant du mode de transfert. Cette formulation rend la résolution des transferts radiatifs compatible avec la méthode zonale. Les facteurs d'échange radiatifs ont été calculés par le logiciel MODRAY. Un régulateur a également été inclus dans le modèle. Le réseau a été décrit et résolu sous l'environnement THERMETTE. Des essais à l'échelle semi-industrielle ont permis de valider ce modèle nodal.

Résumé: Le muscle squelettique possède une excellente capacité à se regénérer notamment grâce à ses cellules progénitrices stromales (mrSC) et myogéniques (CPM). À la suite de certains traumas et pour des raisons encore méconnues, la qualité de sa régénération est compromise ce qui mène à l’apparition de structures aberrantes tel l’os mature, aussi appelée ossification hétérotopique (OH) post-traumatique. Notre laboratoire a montré dans un modèle murin que les mrSC sont pleinement impliquées dans cette pathologie. De plus, un facteur fortement ostéoinducteur, BMP9, ne cause l’OH que si, et seulement si, le muscle est endommagé. Ce modèle d’étude est unique puisqu’il présente les particularités physiopathologiques de l’OH post-traumatique, un dommage du muscle étant essentiel à la formation d’os. De plus, ce modèle a permis de mettre en évidence le rôle prédominant du microenvironnement des cellules progénitrices dans le développement de cette pathologie. Nous avons donc émis l’HYPOTHÈSE selon laquelle le microenvironnement du muscle endommagé contient des facteurs qui peuvent influencer le phénotype de ses cellules progénitrices stromales et myogéniques favorisant ainsi le développement de l’OH. Nos résultats montrent que l’état hypoxique d’un muscle sévèrement endommagé augmente la prolifération et la différenciation ostéogénique des mrSC. De plus, l’hypoxie induit spécifiquement l’expression de BMP9 par les mrSC. L’impact de BMP9 a également été évalué sur la différenciation des CPM. Les résultats montrent qu’à des concentrations physiologiques, BMP9 inhibe le potentiel myogénique des CPM en faveur d’une différenciation ostéogénique, et cela tant dans la lignée myoblastique murine C2C12 que chez les CPM primaires humaines. En résumé, le muscle endommagé développant l’OH possède un microenvironement spécifique responsable du débalancement de la capacité régénérative de ses progéniteurs. Nos travaux montrent que ce microenvironnement cause un retard de la myogenèse et une ostéogenèse où participeront non seulement les mrSC mais également les CPM. L’identification et la compréhension des mécanismes régulant ces facteurs s’avèrent clé pour offrir aux cliniciens des outils de diagnostic mais également des alternatives ou des approches complémentaires aux traitements prophylaxiques actuels. / Abstract: Skeletal muscle has an extraordinary ability to regenerate due to its resident stromal cells (mrSCs) and myogenic progenitor cells (MPCs). Following certain traumas, the quality of the regeneration of skeletal muscle can be compromised for unknown reasons, leading to the appearance of aberrant structures such as mature bone, a process called posttraumatic heterotopic ossification (HO). Our laboratory developed a mouse model to show that mrSCs are fully involved in this pathology. We also showed that BMP9, a highly osteoinductive factor, causes HO if and only if the muscle is damaged. This model is unique in that it recapitulates the pathophysiological features of post-traumatic HO in which muscle damage is essential for bone formation. The model was also used to show that the progenitor cell microenvironment plays a predominant role in the development of this pathology. Based on these results, we HYPOTHESIZED that the microenvironment of the damaged muscle contains factors that can influence the phenotype of its progenitor cell populations, thus promoting the development of HO. Our results showed that the hypoxic state of a severely damaged muscle increases the proliferation and osteogenic differentiation of mrSCs and also specifically induces the expression of BMP9 by mrSCs. The impact of BMP9 on the differentiation of MPCs was also evaluated. At physiological concentrations, BMP9 inhibited the myogenic differentiation potential of murine myoblast C2C12 cells and primary human MPCs, and triggered their differentiation into an osteogenic lineage. In summary, we showed that damaged muscle that develops HO has a specific microenvironment that is responsible for the loss of the regenerative capacity of progenitor cells, leading to a delay in myogenesis, and that mrSCs and MPCs are both involved in osteogenesis. The identification and understanding of the mechanisms regulating these key factors could provide clinicians with valuable diagnostic tools as well as alternative and/or complementary approaches to current prophylactic treatments.

Le refroidissement actif par endocarburant permet d’assurer la tenue thermique d’un superstatoréacteur pour le vol hypersonique. Néanmoins, l’utilisation de cette technologie de refroidissement passe par la maitrise du couplage combustion – pyrolyse, qui fait de la définition d’une stratégie de contrôle du moteur un véritable défi. Une étude expérimentale a été réalisée afin d’analyser l’effet du paramètre de commande principal, le débit de combustible, sur des paramètres de sorties pertinents, à l’aide d’un dispositif de test spécifiquement conçu pour appréhender le couplage combustion – pyrolyse. Ceci a permis d’étudier la dynamique d’un circuit régénératif par rapport à ce paramètre de commande. Une étude cinétique paramétrique sur la pyrolyse du carburant a été conduite en parallèle de celle expérimentale afin d’affiner l’analyse et améliorer l’interprétation des expériences. La décomposition du carburant utilisé pour les tests (éthylène) a été prise en compte grâce à un mécanisme cinétique détaillé (153 espèces, 1185 réactions chimiques). / Regenerative cooling is a well-known cooling technique, suitable to ensure scramjets thermal protection. The development of regeneratively cooled engines using an endothermic propellant is a challenging task, especially because of the strong coupling between fuel decomposition and combustion, which makes the definition of an engine regulation strategy very hard. An experimental study, aiming at identifying the effect of fuel mass flow rate variations on a fuel cooled-combustor in terms of system dynamics has been carried out. A remotely controlled fuel-cooled combustor, designed by means of CDF calculations and suitable for the experimental analysis of combustion-pyrolysis coupling, has been used. In order to improve tests results analysis, a parametric study to characterize fuel decomposition has also been realized. The pyrolysis has been modeled by using a detailed kinetic mechanism (153 species, 1185 chemical reactions).

Ce travail de thèse se concentre sur l’étude du comportement dynamique des tubes minces durant leur usinage par tournage et notamment sur la survenue du broutement régénératif. L’étude de l’usinage de ce type de pièce est pertinente car ces pièces font l’objet d’une large diffusion dans divers domaines industriels tels que la construction aéronautique (notamment moteurs), la construction navale, la production de fusées. Ces pièces ayant une faible rigidité, il est fréquent que des vibrations indésirables se produisent en cours d’usinage. Il est donc intéressant d’être à même de les prédire pour les éviter.L’approche proposée vise à permettre un choix rapide et efficace des conditions de coupe, et notamment des profondeurs de passe, pour cette opération d’usinage. Pour cela nous proposons de mettre en place un modèle mécanique analytique du tube (modèle de coque mince utilisant un nombre réduit de degrés de liberté) de manière à réduire les coûts numériques et à faciliter l’analyse du phénomène. L’impact de la taille du modèle sur les résultats est étudié (nombre de formes propres) ainsi que de la prise en compte de l’enlèvement de matière (évolution du comportement dynamique) et du déplacement de l’outil. Afin de valider l’approche une expérience a été mise en place et est également présentée dans ce mémoire. / This work focuses on the study of the dynamic behavior of thin tubes during their machining by turning and gives particular emphasis on the occurrence of regenerative chatter. The study of machining of this type of workpiece is relevant because they are widely used in various industrial fields such as aircraft construction (including engines), shipbuilding, rocket production. As these parts have low rigidity, it is common that undesirable vibrations occur during machining. It is therefore of interest to be able to predict them in order to avoid them.The proposed approach is designed to enable a fast and efficient selection of cutting conditions, including cutting depths for this machining operation. We thus propose to elaborated an analytical model for the dynamics of the tube (thin shell based model using a reduced number of degrees of freedom) to reduce the numerical costs and to facilitate the analysis of the phenomenon. The impact of the size of the model on the results is studied (number of shape functions), as well as the impact of material removal (evolution of the dynamic behavior) and of the motion of the tool. An experiment, presented in this thesis, was also set up in order to validate the approach.

La thèse concerne un procédé de fabrication par usinage dans son aspect le plus générique. L’objectif est de développer une approche intégrée aux systèmes CFAO permettant de prédire le comportement vibratoire d’un système usinant en fraisage régénératif multiaxe dans une échelle mésoscopique. Cela engage l’estimation des interactions Pièce / Outil instantanées, le calcul des forces de coupe et enfin, la détermination de la stabilité/instabilité du procédé sous certaines conditions de coupe. La géométrie de l’interaction est rendue particulièrement complexe à cause de la forme de l’outil et de la pièce ainsi que de leur position relative. Dans ces travaux, nous proposons une approche générique basée sur un système de CFAO pour l’extraction des éléments géométriques nécessaires au calcul des forces de coupe en chaque point de la trajectoire du fraisage. Et dans le dessein d’une meilleure prédiction, nous nous basons sur la discrétisation de la fraise en des arêtes infinitésimales. Particulièrement, cette approche est implémentée pour un cas d’usage simple. Par la suite, nous développons, sous Simulink/Matlab, un système de calcul permettant la visualisation des forces et de la dynamique de la coupe dans le domaine temporel. Ceci grâce aux modèles de comportement du système usinant identifiés expérimentalement et un modèle spécifique d’efforts de coupe intégrant le facteur retard. Par ailleurs, la stabilité liée à la coupe est déterminée à partir des critères de comportement applicables aux systèmes non linéaires héréditaires. L’interopérabilité de ces deux outils de calcul et de conception est couronnée par la production d’un démonstrateur de comportement vibratoire sur une trajectoire de coupe par fraisage régénératif. Enfin, une première étude expérimentale visant le recalage des modèles de comportement et d’efforts de coupe, ainsi que la validation de l’approche générique et du démonstrateur est produite pour différents processus de fraisage. / This research is a generic aspect enquiry on manufacturing process by machining. Its main objective is supporting CAD/CAM systems through an integrated approach aiming to determine vibratory behavior of multi-axis chatter milling. This involves estimating instantaneous Part / Tool interactions, calculating cutting forces and finally determining process stability or instability under certain cutting conditions. Interaction geometry is made particularly complex because of tool and workpiece’s geometry as well as their relative position. In this work, we propose a generic approach based on CAD/CAM systems to extract geometric elements needed to calculate cutting forces at each point of milling path. In addition, with a view to better prediction, we rely on milling tool discretization into infinitesimal edges while developing and implementing milling simulation system for cutting forces and dynamics calculation tool in Simulink/Matlab software. This, thanks to the behavior models of machining system identified experimentally and a specific model of cutting forces incorporating delay factor. In addition, the milling process behavior is determined by applying some criteria to the hereditary system. The interoperability of these two calculation and design tools is culminated with a visual demonstrator of vibration behaviors in milling tool path. Finally, a first experimental study aiming at behavior and cutting forces models adjustment, as well as the generic approach and the demonstrator validation is realized for different milling processes.

Dans le cadre d'études menées autour du programme PETAL, nous avons développé de nouvelles architectures pour la pré-amplification d'impulsions par amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA). Dans ce travail, nous considérons l'OPCPA comme un moyen de contrôle et de mise en forme des impulsions. Nous suggérons trois architectures lasers qui aspirent chacune à répondre à des défauts de la technique OPCPA ou des chaînes dédiées à la FCI. Ainsi, nous pallions un possible défaut de recouvrement temporel entre les impulsions pompe et signal, lequel induit une mauvaise extraction d'énergie lors du processus paramétrique. Dans ce cadre, nous avons démontré qu'une cavité régénérative OPCPA, résonnante sur l'onde complémentaire, permet d'optimiser l'amplification. Au-delà ce système permet de produire un train de répliques amplifiées de l'onde signal. Notre second montage vise à pré-compenser le rétrécissement spectral par le gain en façonnant les impulsions signal au niveau de l'étage OPCPA dans les domaines spatial et spectral. Nous avons démontré que ceci pouvait être réalisé en mettant en forme temporellement et spatialement le faisceau pompe. Enfin, nous proposons un OPCPA basé sur l'adressage spatial et l'amplification uniforme des composantes spectrales dans un cristal à polarisation périodique de type éventail.

Les travaux exposés dans ce mémoire concernent le développement de lasers femtoseconde entièrement pompés par diodes, utilisant de nouveaux cristaux laser dopés à l'ytterbium, et émettant à une longueur d'onde proche de 1,06 µm. Nous étudions plus particulièrement deux cristaux récemment découverts : l'Yb3+: BOYS (ou Yb3+: Sr3Y(BO3)3) et l'Yb3+: SYS (ou Yb3+: SrY4(SiO4)3O), dont les propriétés cristallographiques, physiques et spectroscopiques sont particulièrement adaptées à la production et à l'amplification d'impulsions brèves (de durées typiques allant de 10-14 à 10-12 s). Dans un premier temps, nous avons réalisé deux oscillateurs femtoseconde basés respectivement sur l'Yb3+: BOYS et l'Yb3+: SYS, qui ont permis de produire des impulsions de durées respectives égales à 69 fs et 94 fs avec une énergie par impulsion de l'ordre du nanojoule, et à une cadence avoisinant la centaine de mégahertz. Le régime impulsionnel a été obtenu par verrouillage de modes passif, dont le démarrage automatique et l'excellente stabilité ont été assurés par un miroir absorbant saturable à semi-conducteur. Dans un deuxième temps, afin d'augmenter l'énergie de ces impulsions, nous avons développé un amplificateur régénératif basé sur l'Yb3+: SYS. Placé en aval d'un oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS, cet amplificateur nous a conduit à la production d'impulsions d'une durée de 380 fs, ayant une énergie de 80 µJ, à une cadence de 1 kHz. Enfin, nous avons utilisé un filtre acousto-optique programmable pour modeler l'amplitude spectrale des impulsions qui sont issues de l'oscillateur femtoseconde puis injectées dans l'amplificateur régénératif. Ces expérimentations nous ont ouvert de nouvelles perspectives en validant un modèle théorique (qui a donné lieu à des simulations numériques réalistes de l'amplificateur régénératif), et en améliorant les performances de notre chaîne laser femtoseconde basée sur l'Yb3+: SYS de sorte que des impulsions d'une durée inférieure à 300 fs devrait être produites.