Cette thèse présente la première réalisation expérimentale d'un condensat de Bose-Einstein d'hélium métastable. L'énergie interne de 20 eV des atomes d'hélium métastable permet l'utilisation d'un système détection électronique des atomes, très rapide et efficace. Ce manuscrit décrit la démarche expérimentale adoptée pour parvenir à la condensation, à partir du transfert dans le piége magnétique du nuage atomique prérefroidi. Des études du champ magnétique de piégeage, en particulier de la décroissance du champ à la coupure du piège, sont réalisées in situ en venant sonder directement les atomes. Des mesures de spectroscopie du piège magnétique sont également effectuées afin de tester l'équilibre des atomes dans le piège. Pour initier ensuite un refroidissement évaporatif efficace, il faut un taux de collisions élastiques entre atomes piégés suffisamment élevé. Ne disposant pas de donnée expérimentale suffisante pour connaître la valeur de ce taux de collisions, nous avons effectué des mesures de thermalisation sur l'échantillon atomique. Celles-ci consistent à placer le nuage piégé hors-équilibre, puis à regarder la dynamique de relaxation vers un nouvel équilibre, atteint sous l'influence des collisions entre atomes piégés. La modélisation de ces expériences permet de remonter, à partir des résultats expérimentaux, au taux de collisions élastiques. La valeur déduite nous a encouragés à poursuivre le refroidissement évaporatif du nuage atomique, aboutissant finalement à la formation d'un condensat de Bose-Einstein. L'allure des signaux expérimentaux observés, influencés par la coupure des champs magnétiques, est expliquée. L'exploitation de ces signaux permet de déduire une valeur de la longueur de diffusion. La visualisation du signal d'ions produits par le condensat constitue une méthode d'observation non-destructive du condensat, donnant accès à sa cinétique de formation.

Dans ce mémoire nous présentons une étude sur les sources atomiques pour des senseurs atomiques à long temps de vol ainsi que la construction de deux sources atomiques. Dans un premier temps nous montrons que les propriétés de collimation et de cohérence nécessaires à l'interférometrie atomique à long temps de vol peuvent être fournies par les gaz atomiques dégénérés et nous explicitons le lien entre le facteur d'échelle du senseur inertiel et la géométrie de l'interféromètre. Puis, nous étudions la possibilité de conduire des expériences de senseurs inertiels par interférométrie atomique en chute libre dans un avion. La microgravité ainsi créée peut permettre d'accéder à 4 secondes de temps d'interrogation, et nous explicitons un protocole pour tester le principe d'équivalence par interférométrie atomique pendant cette période de chute libre. Nous décrivons la source d'atomes froids que nous avons construit et testé en microgravité. Enfin, nous consacrons une part importante de ce mémoire à la description d'un nouveau montage expérimental dont le but est de produire un mélange bosons-fermions dégénéré. Nous décrivons et caractérisons les technologies développées, telles que les nouveaux lasers semiconducteurs accordables et le piège optique compressible. Nous présentons les premiers résultats de chargement d'atomes froids dans une pince optique utilisant un laser inédit pour le piégeage atomique, un laser à fibre à 1560nm. Nous utilisons le fort décalage lumineux, unique à notre système, pour développer une nouvelle technique d'imagerie, sélective en énergie potentielle.

Mémoire (M.Eng.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2003. / Bibliogr.: f. [325]-340. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2004. / Bibliogr.: f. [252]-266. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

En vue de leur refroidissement, les parois de chambres de combustion aéronautiques sont perforées de trous à travers lesquels de l’air plus froid est injecté. La paroi est ainsi refroidie par convection et un film isolant est créé en surface chaude (film cooling). Cette thèse a pour objectif d’utiliser les possibilités de la fabrication additive pour proposer de nouvelles solutions architecturées qui permettraient d’augmenter les échanges de chaleur internes et d’obtenir ainsi de meilleures efficacités de refroidissement.La première approche consiste à élaborer de nouveaux designs de plaques multiperforées par Electron Beam Melting (EBM) et Selective Laser Melting (SLM) aux limites de résolution des procédés. Les architectures sont caractérisées en microscopie, en tomographie X et en perméabilité. Des simulations aérothermiques permettent de mettre en évidence l’effet de ces nouveaux designs sur l’écoulement et les échanges de chaleur, et de proposer des voies d’amélioration de la géométrie.La deuxième approche consiste à élaborer de façon simultanée une pièce architecturée par EBM, avec des zones denses et poreuses. A partir d’analyse d’images associée à une cartographie EBSD grand champ, il est possible de remonter aux mécanismes de formation du matériau poreux et de relier la perméabilité et la porosité aux paramètres procédé. Afin de favoriser le film cooling, il pourrait être avantageux que les zones microporeuses soient orientées dans le sens de l’écoulement. Pour ce faire, un nouveau procédé dénommé Magnetic Freezing, où des poudres métalliques forment une structure orientée par un champ magnétique, est mis au point.Les diverses solutions développées durant cette thèse sont testées sur un banc aérothermique. Les essais montrent qu’elles offrent un refroidissement plus efficace et plus homogène que la référence industrielle. Enfin, de premiers tests en combustion sur l’une des structures retenues, plus légère et plus perméable que la référence, montrent qu’il s’agit d’une solution aussi efficace à un débit traversant donné, et donc a priori plus efficace à une surpression donnée. / Combustion chamber walls are perforated with holes so that a cooling air flow can be injected through them. The wall is cooled by convection and an insulating film is created on the hot surface (film cooling). This PhD thesis aims to use the possibilities of additive manufacturing to provide new architectured solutions that could enhance the internal heat exchanges, and lead to a higher cooling effectiveness.The first approach is to develop new designs of multiperforated walls by Electron Beam Melting (EBM) and Selective Laser Melting (SLM) used at the resolution limits of the processes. They are characterized by microscopy, X-ray tomography and permeability tests. Some aerothermal simulations help understanding the effects of these new designs on the flow and on heat exchanges. These results lead to a geometry adaptation.The second approach is to simultaneously manufacture an architectured part with dense and porous zones by EBM. Thanks to image analysis combined with large field EBSD, it is possible to investigate the mechanisms leading to the porous zones and to link them to permeability and porosity. The film cooling effect could be favoured by the orientation of pores towards the cooling flow. Therefore, a new powder-based manufacturing process named Magnetic Freezing, where metallic powders organize into an oriented structure thanks to a magnetic field, is developed.The various solutions studied during this thesis are tested on an aerothermal bench. They all show a more efficient and homogeneous cooling than the industrial reference. Some first tests on one of the selected solutions are performed on a combustion bench. This lighter and more permeable structure proves to be a solution as efficient as the industrial reference at a given flow rate. It should therefore be a more efficient solution for a given overpressure.

La réduction de la masse des véhicules, notamment des Groupes Motopropulseurs contribue à la réduction des émissions polluantes. Aujourd’hui afin d’aboutir à cet objectif, la conception de pièces automobiles (Carter Mécanisme, Carter Cylindre) en matériau allégé tel que l’aluminium et ses alliages est en plein essor. Pour la production de grande série, ces alliages sont mis en œuvre par le procédé de fonderie ‘’Aluminium sous pression’’.Ce procédé utilise des moules métalliques. La maîtrise du comportement thermique du moule : chauffage, refroidissement interne (par circuit) et externe, est un point clef pour la qualité et la cadence de production.Dans ce mémoire, le processus industriel est détaillé depuis la fermeture du moule et l’injection du métal liquide jusqu’à l’ouverture du moule et l’extraction de la pièce (carter mécanisme RENAULT). Ensuite, le design détaillé du moule, les différentes générations de circuit de refroidissement et les paramètres de chaque étape de la fabrication utilisés compte tenu du système de refroidissement actuel sont présentés. Le circuit de refroidissement du moule est aujourd’hui positionné dans le moule de façon empirique. Le but ultime de cette thèse est de donner les éléments clés de la conception du circuit de refroidissement d’un point vue thermique. Pour cela, une modélisation complète du phénomène a été réalisée et validée par 8 thermocouples et la position du system de refroidissement a été définie a partir des équations thermiques. Le cycle thermique du moule a été donc optimisé et nous a permis d’abaisser et d’homogénéiser les champs de température à la surface du moule pendant la production en vue d’une augmentation de la productivité, la santé des pièces et la durée de vie du moule. / Reducing the weight of vehicles, specially the powertrain Group, contributes to the reduction of the emissions. Today, in order to achieve this objective, the automobile parts conception (Housing gear box, Cylinder block) in lightweight materials such as aluminum and its alloys is increasing. For the mass production, aluminum alloys are formed by a foundry process called ‘’High Pressure Die Casting’’.This process uses the metal molds. Control the thermal behavior of the mold : Heating, intern cooling (by circuit) and extern cooling, is a key point to ensure castings quality and rate of production.In this thesis, the industrial process has been detailed since the mold closing and aluminum melting injection in the die, to the mold opening time and the part (Gearbox RENAULT) ejection. Then, the mold design details, different generation of the cooling systems and the parameters of each step of the manufacturing process taking into account the actual cooling system are presented. The actual cooling systems in the dies are positioned today in empirical way. The ultimate goal of this thesis is to provide the key elements for the cooling system conception from the thermal behavior point of view. For this one, a complete modeling of the phenomena has been realized and validated by 8 thermocouples and the cooling system position has been defined from the thermal equations. The thermal cycle of the die has been optimized and allowed us to reduce and homogenize the temperature fields on the die surface during the production. The rate of production, the castings quality and the lifetime of the die have been consequently increased.

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).

Les motoristes aéronautiques souhaitent disposer de la représentation la plus fidèle possible du fonctionnement des propulseurs, dans une perspective d'amélioration continue de leurs performances. Les modèles numériques doivent donc intégrer au maximum les détails géométriques susceptibles d'influencer la physique de l'écoulement analysé. La prise en compte de tels effets technologiques s'avère difficile dans le contexte des solveurs structurés disponibles.Une stratégie hybride de prise en compte des effets technologiques fait coexister au sein d'un même domaine de calcul des zones structurées et non structurées. La flexibilité de génération d'un maillage non structuré permet une prise en compte aisée des détails géométriquement complexes tandis que la préservation de zones structurées dans une majeure partie du domaine de calcul permet de bénéficier de l'efficacité d'un solveur structuré. La présente thèse contribue au développement de cette stratégie hybride au sein du solveur elsA de l'ONERA en proposant des gains de précision et de robustesse par rapport à la version initialement développée pour établir la faisabilité et l'intérêt de l'approche. Après un état de l'art des techniques de discrétisation spatiale disponibles dans cette version initiale, différentes améliorations (techniques de moindres carrés, approche dite quasi-Green, méthode d'estimation des gradients aux faces) ont été analysées puis implémentées et validées sur des cas académiques. Le choix d'une stratégie hybride avec raccords coïncidents entre zones structurées et non-structurées conduit à des déformations de maillage dans la zone d'interface structuré / non-structuré qui ont exigé le développement supplémentaire de techniques d'amélioration de la robustesse (limiteurs physiques ou géométriques). Le solveur hybride rassemblant ces différentes fonctionnalités a permisde simuler avec succès des géométries d'aubes isolées dotées d'effets technologiques tels que congé de raccordement, trous de refroidissement, fentes de bord de fuite, cheminées internes d'alimentation. Enfin, une stratégie permettant l'utilisation de l'approche hybride en étage complet a été proposée et appliquée à la simulation hybride de l'interaction rotor/stator pour la configuration VKI-BRITE CT3, en stationnaire et en instationnaire, respectivement via une condition de plan de mélange et une condition de chorochronicité. / The aerospace engine manufacturers wish to rely on the most accurate description of their propulsion systems in order to continuously improve their performance levels. Therefore, numerical models must include as much as possible geometrical details likely to impact the physics of the flow under study. Taking into account such technological effects turns out to be a difficult task when working with available structured solvers. A hybrid strategy takes advantage of structured and unstructured zones within the same computational domain in order to efficiently describe technological effects. Geometrically complex local details are easily accounted for thanks to the flexibility of unstructured grid generation while keeping structured zones in the remainder of the flow domain allows to benefit from the tried and tested structured solver efficiency. The present work contributes to the development of such a hybrid strategy in ONERA elsA solver and enhances accuracy and robustness with respect to the solver initially developed to establish the feasibility and interest of hybridization. Following a review of the space discretization techniques available in the initial solver, several improvements (least square techniques, quasi-Green approach, computation of face gradients) have been analysed, then implemented and validated for academic test-cases. The choice of a hybrid strategy with coincident matching between structured and unstructured zones leads to highly deformed cells in the structured / unstructured interface region, requiring the development of supplementary robustness improvement techniques (physics- or geometry-based limiters). The hybrid solver gathering these various options allows to successfully compute isolated blade geometries including technological effects such as blade fillet, cooling holes, trailing edge cutbacks, internal coolant supply channel. Finally, a structured / unstructured strategy has been proposed and applied to the hybrid simulation of a rotor/stator interaction for the steady and unsteady

Un grand nombre d’industries (chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires) utilisent, produisent ou transforment des fluides complexes. Ce sont des fluides à viscosité élevée, souvent de comportement non-Newtonien. Leur préparation nécessite souvent une étape de chauffe suivie d’une étape de refroidissement. La chauffe est indispensable afin de faciliter la fabrication (réaction chimique et/ou transformation physico-chimique). Le refroidissement, ou encore l’étape de finition, consiste à amener les fluides jusqu’à une température proche de la température ambiante pour aborder l'étape de conditionnement. Le refroidissement est le plus souvent réalisé « in situ » dans la même cuve agitée, équipée d’une double enveloppe (utilisée pour la fabrication), mais des technologies en continu peuvent également être envisagées. Ces travaux de thèse portent sur la mise en place d’une méthodologie de pilotage de la vitesse d’agitation lors du refroidissement de fluides complexes dans des cuves agitées, ainsi que sur la comparaison des performances de la cuve agitée avec celles du mélangeur statique. Deux fluides de travail sont testés : Newtonien et viscoplastique, en régime d’écoulement laminaire et transitoire. Nous déterminons les limites de l’influence de l’agitation sur le transfert thermique, la durée de l’opération et la quantité d’énergie consommée. En premier lieu, le refroidissement est étudié à l’échelle laboratoire (réacteur de 0,6L). Il a été constaté que le changement de la vitesse d’agitation au cours du refroidissement affecte le profil de température. Cela a un impact avantageux sur le coût énergétique et/ ou la durée de refroidissement. Les tendances observées à l’échelle laboratoire sont transposées et validées à l’échelle pilote (réacteur de 60L). Puis deux types de mélangeurs statiques sont étudiés comme technologie en continu. Nous établissons des modèles de perte de charge que nous utilisons dans la détermination de l’énergie dépensée pour le refroidissement. Ensuite nous réalisons une comparaison de leurs performances en fonction des facteurs d’efficacité de transfert thermique et de consommation énergétique. Enfin, une brève analyse comparée est exposée, présentant les divers critères de choix entre la cuve agitée et la technologie en continu. / Highly viscous Newtonian and non-Newtonian fluids are frequently encountered in the process industries (like pharmaceutical, food and cosmetics). The preparing of such products involves heating and cooling steps. The heating stage is essential in order to facilitate the production (chemical reaction and/or physico-chemical transformation). The cooling step, named also final stage, leads the fluids to ambient temperature and prepares them for the conditioning. The cooling is mostly realized "in situ" in the same double jacketed stirred vessel, (used for the manufacturing), but continuous technologies may also be employed. This study aims to investigate the cooling of highly viscous fluids, and intends to define the best conditions for controlling the impeller speed (constant or variable) in a stirred vessel, as well as to compare the performances of the stirred vessel with those of the static mixer. Two fluids are tested: a Newtonian and a Non-Newtonian yield-stress fluid, in laminar and transitional conditions. The limits of the influence of the impeller speed on the heat transfer, the duration and the energy consumption are determined. In a first approach, the cooling is studied at small scale (0,6L vessel). The variation of the impeller speed during the cooling, affects the profile of temperature. This type of procedure has an advantageous impact on the energy cost and / or the duration of the cooling. The observed tendencies at a small scale are transposed and validated at a pilot scale (60L vessel). Two types of static mixers are studied as continuous technology. Models of pressure drop are established, which are used further in the determination of the energy consumption for the cooling. The performances of these two static mixers are compared, according to the factors of heat transfer efficiency and energy consumption. Finally, a brief comparative analysis is exposed, presenting diverse criteria of choice between the stirred tank and the continuous technology.