Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie mécanique, productique et transports : Poitiers : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 69 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Enegétique et transferts : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 103 réf.

Th. 3e cycle--Electronique, électrotech., autom,--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 75.

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1978. N°: 38.

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1979. N°: 42.

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le présent projet de recherche porte sur l’étude d’un amplificateur à fibre à double gaine codopée à l’erbium et l’ytterbium de haute puissance. Le but premier du projet est de concevoir un outil de simulation capable de prédire adéquatement les performances expérimentales de tels amplificateurs en régime continu. Tout d’abord, un outil de simulation permettant de modéliser l’amplification de la lumière dans une fibre optique est développé et implémenté numériquement avec le langage de programmation C++. Ce modèle est conçu de façon générale et s’applique à tout type d’amplificateur et de laser à fibre où la structure énergétique du dopant est connue. Ensuite, la caractérisation expérimentale complète d’une fibre optique dopée est effectuée. Ces mesures sont nécessaires pour déterminer les paramètres d’entrée des simulations. Des mesures expérimentales sont également effectuées pour caractériser les performances d'un amplificateur et de lasers à fibre erbium/ytterbium. Dans la dernière partie du travail, nous comparons l’outil de simulation aux mesures expérimentales d’amplification. Avant de considérer une fibre codopée à l’erbium et l’ytterbium, nous avons préalablement validé notre modèle avec la littérature et avec le cas simple d’un laser à fibre à double gaine dopée seulement à l’ytterbium. Notre modèle a ensuite été développé précisément pour le système erbium/ytterbium suivant une structure énergétique simple éliminant le nombre de paramètres à corréler. Ensuite, tel que justifié dans notre mémoire, nous avons ajusté le taux de transfert entre l’ytterbium et l’erbium pour obtenir une excellente corrélation entre les simulations et les résultats expérimentaux d’amplificateur erbium/ytterbium de haute puissance. Nous avons constaté que la section efficace d’émission de l’ytterbium prédite par la relation de McCumber est largement surestimée dans l’erbium/ytterbium. Nous avons aussi vérifié que notre modèle ainsi ajusté permet de prédire adéquatement les performances d’amplificateurs erbium/ytterbium dans des configurations variées. / The main purpose of this project is to predict the behaviour of a high power double cladding erbium/ytterbium fibre amplifier in continuous wave operation using a simulation tool. A software simulating the amplification of light in a doped optical fibre has been developed and implemented numerically using the C++ computer language. This general model is suitable for any amplifier or laser scheme with a given active ion. The doped fibres used in the project have been characterized experimentally to determine the input parameters for the simulation. Experiments have also been conducted to measure the performance of such doped fibres in laser and amplifier configurations. We subsequently focus on comparing experiments and simulations. We first validate our software with results from scientific papers and with experimental data for the simple case of an ytterbium doped fibre laser. A simulation model is then developed for an erbium/ytterbium system using a simple energy level scheme reducing the number of parameters to adjust. The transfer rate between ytterbium and erbium atoms is fitted using experiments, which results in an excellent agreement between simulations and experiments. The resulting simulation software is then able to predict experimentally the performance of a high power double clad erbium/ytterbium amplifier in different configuration schemes. A new fact arises from our investigation: the emission cross-section of ytterbium in an erbium/ytterbium codoped fibre happens to be much smaller than that predicted by the McCumber theory.

Dans le contexte actuel de protection des ressources naturelles de façon durable, la maîtrise des pulvérisations agricoles de pesticide est essentielle. La simulation numérique de tels écoulements est rendue indispensable tant les essais en champ sont difficiles. Dans le cadre du projet RECUPAIR, on cherche à construire, valider puis optimiser un modèle numérique pour simuler les écoulements dans une vigne. Pour éviter de modéliser la déformation du feuillage due au jet, nous avons construit puis validé successivement des modélisations à feuilles mixtes (une partie imperméable au centre et deux extrémités poreuses) puis totalement poreuses. L'optimisation de la perméabilité des feuilles est faite par comparaison statistique des vitesses moyennes avec des mesures en champ. Enfin, le rôle de l'écran récupérateur est examiné. Les comparaisons sont très satisfaisantes compte tenu des erreurs expérimentales et numériques. Cette nouvelle méthode de prévision de pulvérisation constitue donc une avancée intéressante dans le domaine agricole.

Le réseau de surveillance spatiale des États-Unis suit en continu environ 23 000 objets spatiaux en orbite (RSO). L'exhaustivité de leur couverture de la population de RSO diminue progressivement avec la taille de l'objet et la réflectivité radar. Alors que la population de débris spatiaux proche du centimètre est mal représentée dans les catalogues, ces projectiles spatiaux peuvent causer de graves dommages aux satellites et aux engins spatiaux en plus d'être probablement beaucoup plus nombreuses que les gros débris. Ce projet de recherche se concentre sur la possibilité d'observation dans cette population de débris, en utilisant un système d'imagerie à champ large de haute sensibilité, avec une fréquence d'images rapide, dans le domaine du visible à partir d'une orbite terrestre basse. Le simulateur développé se concentre sur le scénario d'un satellite en orbite terrestre basse (LEO) et sa capacité à détecter les débris situés en LEO également. Dans le simulateur Matlab, un simple modèle sphérique spéculaire/diffus est utilisé pour les débris afin de calculer la magnitude apparente de l'objet dans toutes situations Soleil-débris-observateur. Les vitesses et orbites relatives des satellites et des débris sont également prises en compte afin de déterminer la longueur de la trace laissée par les débris sur une séquence d'exposition donnée et le nombre de photons par pixel. Le moment exact, la position, la longueur et l'orientation de la séquence contiennent des informations sur l'orbite de l'objet. La génération des étoiles en arrière-plan adaptées à la haute sensibilité du capteur est également une partie importante du simulateur. Les étoiles affectent la limite de détection des débris traversant le champ de vue. Ce simulateur nous permet de modifier divers paramètres du capteur afin d'optimiser la conception de la caméra. La conclusion de ce travail contribue à l'effort global sur la connaissance de la situation spatiale (SSA) en évaluant l'impact de l'inclusion de l'imagerie optique embarquée dans les systèmes de détection. / The United States Space Surveillance Network catalogs around 23 000 resident space objects. The completeness of their coverage of the true RSO population decreases gradually with object size and radar reflectivity. While the population of centimeter level space debris is poorly represented in the catalogs these space bullets can cause severe damage to satellites and space-crafts in addition to being likely much more numerous than larger pieces. This research project focuses on the ability to peek into this debris population using space-based high sensitivity, fast frame rate, wide field visible imaging from low Earth orbit. The developed simulator focuses on the capacity to obtain their orbits trajectories where the satellite and the space debris are in LEO. In the Matlab simulator, a simple specular/diffuse sphere model is used for the debris in order to generate the object's apparent magnitude for any Sun-debris-observer arrangement. Satellite and debris relative velocities and orbits are also considered in order to determine the length of the streak left by the debris on any given exposure sequence and the number of photons per pixel. The exact timing, position, length and orientation of the streak contains information constraining the object's orbit. The generation of representative star backgrounds matched to the sensor high sensitivity is also an important part of the simulator since it affects the effective limiting sensitivity to faint transiting source. This simulator allows us to trade various sensor parameters in order to optimize the camera design. The conclusion from this work contribute to the global effort in SSA by assessing the impact of including space based optical imagery in the detection mix.

Cette maîtrise s'inscrit dans le projet Tr-Francis du laboratoire Heki de l'Université Laval. Ce mémoire présente l'exploration de stratégies de simulation fluide-structure bidirectionnelle à l'aide du code Star-CCM+ dans le but d'étudier les résonances de turbines hydrauliques. Concrètement, le travail vise à déterminer si la stratégie disponible dans Star-CCM+ permet de reproduire la physique d'une résonance liée à l'interaction rotor-stator d'une géométrie tournante à symétrie cyclique, analogue à celle d'une turbine Francis. Pour ce faire, une géométrie plus simple, mais semblable à une aube de turbine est d'abord étudiée, un *hydrofoil*. Une simulation FSI bidirectionnelle est produite sur l'hydrofoil F99 en condition de synchronisation de la réponse structurelle avec le détachement tourbillonnaire. Cette première simulation permet de déterminer les paramètres généraux à utiliser. Cette simulation ne parvient pas à reproduire les résultats expérimentaux obtenus à l'Université de science et technologie de Norvège, principalement en ce qui concerne la fréquence d'émission des tourbillons. Étant donné que l'accroche n'est pas atteinte, la résonance n'est pas observée. Afin d'assurer que la stratégie est apte à reproduire la physique de la résonance, le module d'élasticité est modifié afin de faire concorder la fréquence naturelle de la structure à la fréquence des tourbillons. L'accroche des tourbillons est alors reproduite avec cohérence en ce qui concerne la déformation de la structure et de l'écoulement. La stratégie est ensuite adaptée afin qu'elle soit utilisée sur le cas test RSI conçu par Dussault au laboratoire Heki. Les modifications sont majoritairement liées au domaine tournant nécessaire pour simuler la rotation de la roue du cas test. Les conditions de simulation sont choisies afin d'obtenir une résonance du mode à deux diamètres nodaux de la roue. Ici, l'apparition d'éléments à volume négatif dans le maillage empêche la simulation d'atteindre plus de 1.3 tour de roue simulé. À ce point, les fluctuations de pression liées à l'interaction rotor-stator sont clairement observables et une déformation liée au mode 2ND est obtenue. Toutefois, la déformation de la roue est dominée par la torsion. Il est difficile d'expliquer l'apparition de la torsion, la meilleure hypothèse portant sur les conditions initiales de la simulation. Également, certaines variations de pression incohérentes sont détectées, possiblement liées à des instabilités du solveur fluide. / This master project is part of Tr-Francis project at Heki Laboratory of Université Laval. This thesis presents the exploration of two-way fluid-structure simulation strategies with Star-CCM+ to study the resonances of hydraulic turbines. Concretely, the objective is to establish if the approach of Star- CCM+ can reproduce a resonance induced by rotor-stator interaction in the case of a simplified turbine model. To do so, a simpler case is studied, a hydrofoil. This geometry is similar to a runner blade of a hydraulic turbine without the complexity of the rotating domain. A two-way simulation is performed on the hydrofoil F99 in lock-in conditions. This first simulation is used to explore the general parameters of the software. This simulation fails to reproduce experimental data from the Norwegian University of Science and Technology, mainly regarding the vortex shedding frequency. The lock-in is not achieved and so is the resonance. To verify if the strategy can reproduce the resonance physics, the young modulus of the material is modified to match the natural frequency to the vortex shedding frequency simulated. The lock-in is now reproduced with consistent structural deformation and flow. Afterward, the strategy is adapted for the RSI test case developed by Dussault at Heki laboratory. Main modifications are related to the rotating domain used to simulate the runner rotation. Operating conditions are selected to obtain resonance of the two nodal diameters mode of the runner. The simulation fails to run more than 1.3 runner turns before the appearance of negative volume cells in the runner mesh. In the simulation, the RSI pressure fluctuations are identified, and a two nodal diameter mode is observed. However, the main runner deformation is in torsion. The main hypothesis to explain this behavior is related to the fluid initial conditions. Also, inconsistent pressure fluctuations are detected in the runner, possibly related to some solver instabilities.