Thèse de doctorat : Automatique, Traitement du Signal et Génie Informatique : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, l’expérimentation ainsi que l’optimisation de réseaux fluides multi-échelles. Ces réseaux permettent de gérer des débits importants tout en gagnant en compacité ainsi qu’en intensifiant les transferts de masse et d’énergie par l’augmentation de la surface active. La structure interne du réseau multiéchelles étudié est optimisée en diminuant les pertes de charges par la mise en parallèles des micro/minicanaux. Des prototypes en aluminium et en PMMA ont été fabriqués au sein du LTEN par gravure grâce à une commande numérique. Les prototypes ont été testés afin d’évaluer le comportement du fluide à l’intérieur ainsi que ses performances thermiques, par simulations numériques (CFD) et par des dispositifs expérimentaux (PIV, Caméra Rapide, Thermocouples). Nous avons testé l’influence de la géométrie du distributeur/collecteur sur la distribution du fluide, puis, du fait de la perte de compacité, nous avons opté pour l’insertion de plaques perforées optimisées dans les différents distributeurs du réseau. En effet, nous avons observé que l’uniformisation de la distribution permet d’augmenter les performances thermiques d’environ 10 %. Suite à ces résultats une conception d’échangeur de chaleur à plaques a été réalisée, par simulations numériques (CFD) et par la mise en place d’un banc d’essais. Les performances ont été testées sous différentes conditions. / This PhD dissertation concerns the development, the modeling, the experiment and the optimization of a multi-scale network able to deal with high flow-rates while increasing mass and energy transfer and increasing the compacity. The internal structure of the network is optimized by the parallelization of micro/minichannels in order to decrease pressure loss. Prototypes made in aluminum and PMMA have been made in the laboratory by a Computer Numerical Control Machine. Prototypes have been tested in order to evaluate the behavior of the fluid inside as well as thermal performances, by numerical simulations (CFD) and experimental set-up (PIV, Fast Camera, Thermocouples). We have tested the influence of the geometry of distributor/collector over the fluid distribution, then, due to loss of compacity, we chose to insert optimized perforated baffles in each distributor of the network. Indeed, we observed that the uniformization of the distribution enables to increase from 10 % thermal performances. Finally, a conception of a heat exchanger has been made, by numerical simulations (CFD) and an experimental set-up has been build. Performances have been tested under various conditions.

Les délais auto-inflammations des divers mélanges de carburants (méthane, gaz naturel, gaz de synthèse) en phase gazeuse aux températures basses et intermédiaires (800 à 1010 K) et hautes pressions (0,5 à 2,5 MPa) ont été mesurés dans la Machine à Compression Rapide (MCR) de l’Université de Lille 1. Différentes quantités d’hydrogène ou d’additifs représentant une composition-type d’EGR (CO, CO2, H2O) ont été ajoutées au gaz naturel pour étudier leur effet sur les délais d’auto-inflammation. L’effet des conditions opératoires (la pression et la température) et l’effet de la richesse des mélanges ont été également étudiés. Le mécanisme GDF-kin® 4 développé par GDF-SUEZ a été utilisé pour modéliser les résultats expérimentaux. Ce mécanisme a été amélioré pour reproduire les délais d'auto-inflammation dans nos conditions d'étude. Le nouveau mécanisme a également été validé à l'aide de nombreux résultats expérimentaux de la littérature. / The ignition delay of various gaseous fuel (methane, natural gas, syngas) at low and intermediate temperatures (800 to 1010K) and high pressure (0,5 to 2,5 MPa) were measured in the rapid compression machine of the University of Lille 1. Different amounts of hydrogen or additives representing a composition type EGR (CO, CO2, H2O) were added to natural gas in ordre to study their influence on the ignition delay. The effect of operating conditions (pressure and temperature) and the equivalence radio of the fuel were also studied. The mechanism GDF-kin® 4 developed by GDF SUEZ has been used to model the experimental results. This mechanism has been improved to reproduce the ignition delay in our conditon. The new mechanism has also been validated with various experimental results from the literatures.

Th.--Sci. phys.--Bordeaux 1, 1978. N°: 570.

L'objectif de la thèse est d'explorer les comportements mécaniques effectifs des matériaux poreux impliqués dans les problèmes de pores ou d'inclusion, avec pour objectif principal d'homogénéiser un matériau aussi hétérogène que possible, plus d'informations de géométrie physique à une échelle donnée. Nous examinons séparément ici quatre microstructures typiques de matériaux ressemblant à des roches couvrant différents constituants: nous avons cherché à déterminer comment la présence de pores et une inclusion de morphologies différentes influent sur les comportements macroscopiques élastiques, débit plastique et dépendant du temps. Un modèle d'homogénéisation par étapes pour les comportements élastoplastiques et viscoplastiques est proposé, basé sur une méthode d'homogénéisation par transformée de Fourier rapide, afin d'améliorer le comportement local depuis la transition à la micro-échelle vers la méso-échelle, puis vers la macroscopie. Une série de simulations est calculée et comparée. Nous portons une attention particulière au comportement anisotrope des matériaux à la fois pore et inclusion configurée à la même échelle et à différentes échelles Nous fournissons une solution de référence pour ce type de matériaux couvrant l’effet des géométries de pores et d’inclusion en raison de la limitation à l’obtention d’un critère analytique. En plus nous proposons un modèle d’endommagement plastique multi-échelle. les comparaisons entre les résultats numériques et les données expérimentales montrent que ce modèle peut bien caractériser son comportement en défaillance avec des micro-structures complexes. / The objective of this thesis aims to explore the effective mechanical behaviors of porous materials involved with pore or inclusion problem. The key point to this problem is to homogenize such a highly heterogeneous material incorporating more physical geometry information at a given scale. In this work, four typical microstructure of rock-like materials are respectively considered here covering different constituents. We sought to determine how the presence of pores and inclusion with different morphologies influence the macroscopic elastic, plastic flow and time-dependent behaviors. For this propose, a two-step homogenization model for elastoplastic and viscoplastic behaviors is proposed based on a Fast Fourier Transform homogenization method to upscale the local behavior from the micro-scale transition to meso-scale and then to macroscale. A series of simulations are computed and compared. Particular attentions are focused on the anisotropic behavior for the materials with both pore and inclusion configured at same and different scales. We provide a reference solution for this kinds of materials covering the effect of pore and inclusion geometries due to a limitation to obtain an analytical criterion. Moreover, we proposed a damage plastic model with multi-scale characters. Comparisons between numerical results and experimental data show that this model can well characterize its failure behavior with complex micro-structures.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique et informatique : Reims : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 191-199.

L'objectif de ce travail est d'étudier les effets de microstructures sur les comportements mécaniques macroscopiques des géomatériaux hétérogènes. Profitant de la méthode numérique basée sur la Transformée de Fourier Rapide (TFR), les microstructures complexes de géomatériaux peuvent être simulées aussi proche que possible de la vraie microstructure. Avec des calculs en champ complet, les contraintes et les déformations locales sont fournies à l’échelle microscopique. Cette caractéristique permet de surmonter les hypothèses fortes sur la microstructure par des approches traditionnelles d'homogénéisation. Matrix-inclusion composites avec microstructures différentes sont d'abord étudiés. Les influences de la forme, la taille, la distribution et l'orientation des inclusions sur le comportement macroscopique sont prises en compte. Ensuite, ce modèle numérique basé sur TFR est appliqué à l'argilite du Callovo-Oxfordien qui est traitée comme une matrice élastoplastique renforcé par des grains élastiques de quartz et de calcite. Avec une règle d'écoulement non associé dans la matrice, les effets de grains sphériques de minéraux sont explicitement pris en compte. Ce modèle est en outre étendu par la considération du processus de détérioration progressive due à la croissance de microfissures. Après cela, les effets de pores (formes, tailles, orientations et distributions) sur le comportement effectif de matériaux poreux sont considérés. A titre d'exemple, un géomatériau poreux typique le grès a été étudié en détail. En outre, la détérioration autour des pores et des régions interagies sont simulées avec un critère simple d’endommagement pour l'évolution des pores et le phénomène de dégradation est entièrement exposé. Les comparaisons entre les résultats numériques et les données expérimentales vérifient l'efficacité et la précision de cette méthode numérique basée sur TFR pour les géomatériaux hétérogènes. / The objective of this work is to study the effects of microstructures on the macroscopic mechanical behaviors of heterogeneous geomaterials. Taking advantage of the Fast Fourier Transforms (FFT) based numerical method, the complex microstructures of geomaterials can be considered as close as possible to the real microstructure and a full field micromechanical analysis of strain and stress can be provided at the microscopic scale. This feature overcomes the strong assumptions on microstructure by traditional homogenization approaches. Matrix-inclusion type composites with different microstructure are firstly investigated. The influences of inclusion shape, size, distribution and orientation on the effective behavior are fully studied. Then it is applied to the Callovo-Oxfordian argillite which is modeled as an elastoplastic matrix reinforced by linear elastic quartz and calcite spherical grains. With a non-associated plastic flow rule in the matrix, the effects of mineral grains are explicitly taken into account. The model is further extended by introducing the progressive damage process due to the growth of microcracks. After that, the pore effects (shapes, sizes, orientations and distributions) on the effective behavior of porous materials are considered with a specific application to the typical porous geomaterial sandstone. Furthermore, the deterioration around the pores and the interacted regions are simulated with a simple damage criterion for pore evolution and the degradation phenomenon is fully exhibited. The comparisons between the numerical results and experimental data verify the efficiency and accuracy of the FFT based method for heterogeneous geomaterials.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Un moyen d'accroître l'efficacité et de réduire la pollution dans les domaines du transport et de l'énergie consiste à concevoir des injecteurs de carburant produisant une meilleure atomisation. Au cours de cette thèse, des expériences ont été effectuées sur un injecteur airblast souvent utilisé dans les turbines à gaz. Pour réaliser ces expérimentations, un dispositif modèle en configuration annulaire a été créé afin d'étudier le cisaillement d'un film d'eau soumis à un écoulement d'air interne à forte vitesse. La technique d'imagerie rapide par ombroscopie a été utilisée pour analyser le développement du film liquide (fréquence et célérité des ondes) et l'atomisation de la nappe en sortie d'injecteur (modes de rupture). La modification des paramètres d'injection (vitesse des écoulements) a révélé un lien entre la topologie du film liquide et le régime d'atomisation primaire. Finalement, à titre exploratoire, l'influence de la géométrie de l'injecteur (longueur de préfilm) sur le mode d'atomisation primaire a également été mise en évidence