Le présent travail développe des outils de modélisation de moyens de contrôle passifs et actifs destinés à répondre à certains problèmes de bruit. La première partie étudie les propriétés acoustiques de stratifiés viscoélastiques en contact avec un fluide pour mettre en évidence leurs propriétés d'atténuation et d'isolation. Ils peuvent être utilisés en revêtement d'une structure créatrice de bruit pour limiter l'énergie acoustique transmise dans une zone à protéger. La seconde partie est destinée à créer un outil de calcul général qui permette de déterminer avec précision le rayonnement et la diffraction d'ondes acoustiques par un obstacle élastique ou rigide. La modélisation est fondée sur une méthode d'équation intégrale couplée à un code d'éléments finis industriel (SAMCEF). Dans le cas particulier d'un mur antibruit infiniment long, de section constante, un outil spécifique est développé pour accéder, avec un coût en calcul réaliste, au champ de pression tridimensionnel au voisinage de l'écran. Cela permet par exemple de calculer l'effet d'atténuation en présence d'une excitation produite par une ligne de sources incohérentes. La dernière partie se consacre à des simulations d'efficacité de dispositifs de contrôle actif. En superposant les champs de pression créés par des sources primaires et secondaires nous pouvons calculer la réduction de bruit dans un domaine de l'espace pour des excitations harmoniques ou aléatoires stationnaires. L'étude des paramètres du problème tels que la disposition des sources ou la longueur des filtres montre qu'une modélisation peut apporter un gain important par rapport à une approche purement orientée vers le traitement du signal.

Radiative transfer plays an important role in turbulent combustion and should be incorporatedin numerical simulations. However, as combustion and radiation are characterized bydifferent time scales and different spatial and chemical treatments, and the complexity of theturbulent combustion flow, radiation effect is often neglected or roughly modelled. Couplinga large eddy simulation combustion solver and a radiation solver through a dedicated languageCORBA is investigated. Four formulations of Monte Carlo method (Forward Method,Emission Reciprocity Method, Absorption Reciprocity Method and Optimized ReciprocityMethod) employed to resolve RTE have been compared in a one-dimensional flame testcase using three-dimensional calculation grids with absorbing and emitting medium in orderto validate the Monte Carlo radiative solver and to choose the most efficient model forcoupling. In order to improve the performance of Monte Carlo solver, two techniques havebeen developed. After that, a new code dedicated to adapt the coupling work has beenproposed. Then results obtained using two different RTE solvers (Reciprocity Monte Carlomethod and Discrete Ordinate Method) applied to a three-dimensional turbulent reactingflow stabilized downstream of a triangular flame holder with a correlated-k distributionmodel describing the real gas medium spectral radiative properties are compared not onlyin terms of physical behavior of the flame but also in computational performance (storagerequirement, CPU time and parallelization efficiency). Finally, the impact of boundary conditionstaking into account the actual wall emissivity and temperature has been discussed.

Charge les instruments utilisés lors d'une intervention chirurgicale et réalise les opérations depréparation des Dispositifs Médicaux Stériles (DMS). Ces opérations sont tracées par un logiciel detraçabilité du processus. Actuellement, l'unité d'oeuvre tracée correspond au contenant disposantd'un code à barres, mais pas au contenu, c'est-à-dire à l'instrument individuel. Différentestechnologies permettraient d'effectuer cette traçabilité : codes data matrix gravés ou collés outranspondeurs RFID. L'analyse que nous avons conduite a procédé en deux temps : une recherchede l'état de l'art dans le domaine des systèmes de traçabilité et de la gestion des risques, puis uneanalyse fonctionnelle du système de préparation des DMS en déterminant les situations dangereusesà chaque phase. La méthode de gestion des risques choisie est l'Analyse Préliminaire des Risques(APR) qui comporte la définition du système puis l'élaboration de la cartographie des situationsdangereuses puis l'analyse, l'évaluation et le traitement des risques initiaux et résiduels. Pour lamettre en oeuvre nous avons procédé à la définition des échelles de gravité, de vraisemblance, decriticité, d'effort et la définition de la matrice de criticité. Nous avons ensuite réalisé l'analyse desrisques relatifs aux scénarios d'accident associés à chaque situation dangereuse identifiée dans lapremière étape, la construction des cartographies et l'élaboration du catalogue des paramètres desécurité. Cette analyse a permis d'évaluer l'apport de la traçabilité à l'instrument chirurgical dans laréduction des risques d'une UFSC et de déterminer quelle technologie actuelle répond le mieux ànos besoins.

Numerical optimization methods have made significant progress over the last decades and play an important role in modern industrial design processes. In most cases, gradient-free algorithms are used, which only require the value of the objective function in each optimization step. These methods are robust and can be integrated into a standard design process at low implementation effort. However, in aerodynamic design problems using high-fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD), the computational cost is high, especially when a large number of design parameters are used. Gradient-based methods, on the other hand, are particularly suited for problems involving large design spaces and generally converge to a local optimum in a few design cycles. However, the computational efficiency of these methods is mainly determined by the gradient calculation.This thesis presents the development of an efficient gradient-based optimization framework for the aerodynamic design of turbomachinery applications. In particular, the adjoint approach is used to evaluate the gradients of the objective function with respect to all design parameters at low computational cost. The present work covers the various components of the optimization framework, including the solution of the flow governing equations, adjoint-based sensitivity analysis, geometry parameterization, and mesh generation. A substantial part of the thesis describes the implementation and validation of those components. The flow solver is a Reynolds-Averaged Navier-Stokes code applicable to multiblock structured grids. The spatial discretization is realized with a Roe-type upwind scheme with a MUSCL extrapolation for second order spatial accuracy. Viscous fluxes are centrally discretized, and for the turbulence closure problem the Spalart-Allmaras and the Shear-Stress Transport (SST) models are used. The code uses an implicit multistage Runge-Kutta time-stepping scheme, accelerated by local time-stepping and geometric multigrid. The corresponding discrete adjoint solver uses the same time marching scheme as the flow solver and features similar performance characteristics in terms of runtime and memory footprint. The adjoint solver has been implemented primarily by hand with selective use of algorithmic differentiation (AD) to simplify the development. The geometry parameterization is based on B-Spline representations which has two main advantages: (a) the simple integration of geometric constraints for structural requirements, and (b) the connection to Computer-Aided Design (CAD) software for manufacturing. The whole optimization framework is driven by a Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm. The proposed framework has been successfully applied to optimize axial and radial turbines on multiple operating points subject to aerodynamic and geometric constraints. The different studies show the effectiveness of the developed method in terms of improved performances and computational cost. In particular, a comparative study shows that the proposed method is able to find optimized blade shapes at a computational time which is about one order of magnitude lower compared to a gradient-free optimization algorithm. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Proton therapy facilities, as other industrial applications using ionizing radiations, are confronted to radioprotection problems and seek to mitigate the undesirable effects. The aim of this thesis is to study the IBA compact proton therapy center, the Proteus®One in this radioprotection context. The compactness of this system implies important radioprotection issues, mainly the concrete shielding activation where a model allowing to predict and characterize the impact of secondary radiations on the system is required. Numerical simulations using Monte Carlo methods are used and in particular, a benchmark between different existing software has been carried out to validate the use of the Geant4 software in this work. The first part of this thesis focuses on the design of the structural shielding taking into account neutron sources in the model. In particular, the concept of neutron-equivalent source is introduced. In this framework, the quantity and the localization of the generated nuclear waste in concrete are determined. The second part of the work investigates the beam properties and its interactions with matter along the transport beamline. After the analysis of the existing system, a new degrader, which is one of the critical elements for the emission of secondary radiations and for the performances of the device, is proposed. Comparisons between existing (aluminium, graphite, beryllium) and novel (boron carbide and diamond) degrader materials are provided and evaluated against semi-analytical models of multiple Coulomb scattering. The use of diamond with a geometry adaptation allows beam emittance reduction and beam transmission increase. The third part of this thesis considers a complete 3D model of the Proteus®One system. It contributes to acquire a detailed knowledge of the beam properties inside the beamline. This model is validated with experimental data and the assumption of neutron-equivalent source is verified. Finally, maps of proton and neutron interactions are generated to provide a complete mapping of the secondary radiations in the system. These maps can be used to determine dosimetric or radioprotection quantities. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This work focuses on the development of a highly accurate energy-based hysteresismodel for the modeling of magnetic hysteresis phenomena. The model relies on anexplicit representation of the magnetic pinning effect as a dry friction-like force actingon the magnetic polarization. Unlike Preisach and Jiles-Atherton models, this modelis vectorial from the beginning and derives from thermodynamic first principles.Three approaches are considered: the first one, called vector play model, relies on asimplification that allows an explicit, and thus fast, update rule, while the two others,called the variational and the differential approaches, avoid this simplification,but require a non-linear equation to be solved iteratively. The vector play model andthe variational approach were already used by other researchers, whereas the differentialapproach introduced in this thesis, is a new, more efficient, exact implementation,which combines the efficiency of the vector play model with the accuracy of the variationalapproach. The three hysteresis implementations lead to the same result forpurely unidirectional or rotational excitation cases, and give a rather good approximationin all situations in-between, at least in isotropic material conditions.These hysteresis modeling approaches are incorporated into a finite-element code asa local constitutive relation with memory effect. The inclusion is investigated in detailfor two complementary finite-element formulations, magnetic field h or flux densityb conforming, the latter requiring the inversion of the vector hysteresis model,naturally driven by h, for which the Newton-Raphson method is used. Then, at thefinite-element level, once again, the Newton-Raphson technique is adopted to solvethe nonlinear finite-element equations, leading to the emergence of discontinuous differentialreluctivity and permeability tensors, requiring a relaxation technique in theNewton-Raphson scheme. To the best of the author’s knowledge, the inclusion of anenergy-based hysteresis model has never been successfully achieved in a b-conformfinite-element formulation before. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette thèse, nous avons proposé et étudié une implémentation pratique du protocole DDF pour des relais auto-configurables au niveaux lien et système. Cette implémentation pratique, basée sur du codage correcteur d'erreur et une segmentation de la trame émise (comme pour les mécanismes d'HARQ), est combinée avec différents schémas de relayage tels que le Monostream, l'Alamouti Distribué ou encore les Rotations Distribuées.Nous avons montré que ces trois schémas atteignent les mêmes ordres de macro et micro diversité. L'ordre de micro diversité se réfère au gain qui peut être acquis via les coefficients d'évanouissement court-terme. Nous avons défini l'ordre de macro diversité comme le nombre de sources desquelles toute l'information peut être entièrement décodée sans l'aide des autres sources. De plus, nous avons prouvé que les trois schémas de relayage permettent d'atteindre de meilleures performances que le cas sans relais, leurs performances ne diffèrent qu'en terme de gain de codage: le DA DDF a de meilleure performance que le DR DDF, qui lui-même à de meilleures performances que le Monostream DDF. Cependant, les évaluations système ont montré que ce gain de codage n'est pas significatif au niveau système. Cela montre que la métrique pertinente à optimiser pour améliorer les performances est l'ordre de macro diversité atteignable par le protocole; c'est à dire que le gain le plus important apporté par le relayage est un gain de rapport signal à bruit long-terme. Nous avons donc proposé la technique de Patching pour augmenter l'ordre de macro diversité atteignable par une transmission. Cette technique vise à augmenter le nombre de bits transmis par le relais jusqu'au nombre de bits d'information contenus dans le message. Quand cette technique de Patching est combinée aux codes spatio-temporels, elle permet d'améliorer à la fois l'ordre de macro diversité et l'ordre de micro diversité. Cette technique de Patching a aussi été utilisée sur le canal à interférence et relais pour lequel nous avons introduit l'usage d'un protocole DDF précodé par un relais partagé par plusieurs paires source/destination. Dans ce cas, le Patching a pour but d'améliorer les performances par rapport au cas avec précodeur uniquement, et ce en maximisant le nombre de symboles précodés par relais. Les gains résultants de ces nombreuses variations de notre implémentation pratique du protocole DDF sont finalement décrits au niveau système pour un déploiement macro-cellulaire en zone urbaine, et pour un déploiement indoor, en considérant deux applications : une transmission unicast, par exemple du téléchargement sur internet, ou encore de la diffusion, de la télévision par exemple. Les résultats montrent que le Monostream DDF permet d'atteindre de bonnes performances tout en garantissant que la source et la destination n'ont pas conscience de la présence du relais dans le système. Par conséquent, ce protocole est un candidat intéressant pour le déploiement massif de relais auto-configurables dans les réseaux sans fil.

L'infrastructure routière joue un rôle très important dans l'occurrence des pertes de contrôle des véhicules légers en virage. Dans le but d'évaluer le niveau de risque associé à une infrastructure, les gestionnaires routiers utilisent actuellement des méthodes reposant sur des études statistiques ou empiriques, sachant que leur validité peut évoluer au cours du temps. Le but de ces travaux est donc de compléter ces méthodes par une évaluation physique des tracés routiers fondée sur la dynamique des véhicules. Tout d'abord, le problème a été abordé de manière théorique par une écriture de critères issus des modèles de la dynamique des véhicules (modèles point et bicyclette) visant à identifier et quantifier l'impact des paramètres routiers sur l'occurrence des pertes de contrôle. Ensuite, pour représenter avec plus de précision le comportement du conducteur, une modélisation numérique complète de contrôle du système véhicule-infrastructure-conducteur, fondée sur un algorithme génétique, a été mise en oeuvre. Enfin, ces deux approches ont été validées expérimentalement pour différentes adhérences, rayons de courbure et véhicules sur la piste de référence du LCPC de Nantes et sur routes interurbaines et urbaines. Ces travaux de thèse ont permis d'approfondir la connaissance du rôle de l'infrastructure et de développer deux méthodes (analytique et numérique) d'évaluation des tracés routiers. En perspective à cette étude, un logiciel destiné aux gestionnaires sera développé.

Le travail de cette thèse est consacré au développement d'un modèle de propagation des ondes élastiques dans un guide d'onde hélicoïdal soumis à une sollicitation axiale. Le contrôle non destructif des ressorts et des torons multi-brins est une application potentielle du modèle proposé. L'étude de la propagation des ondes dans un guide hélicoïdal soumis à un chargement axial nécessite l'écriture des équations tridimensionnelles de l'élastodynamique dans un système de coordonnées hélicoïdales. La méthode des éléments finis semi-analytique (SAFE) est ensuite appliquée en exploitant la propriété d'invariance par translation, réduisant ainsi le maillage à la section. Le problème aux valeurs propres obtenu peut être résolu en fixant le nombre d'onde ou la fréquence. Par ailleurs, le calcul de l'état précontraint statique est résolu par une technique d'homogénéisation hélicoïdale dans laquelle est prise en compte l'invariance de la structure. Le modèle de calcul statique est validé par un modèle analytique pour les ressorts et par un modèle éléments finis 3D pour les torons, issus de la littérature. Le modèle SAFE est validé pour les ressorts par un modèle de poutre hélicoïdale sous chargement axial. Il est montré que l'effet du chargement agit en fonction de la précontrainte et de la déformation de la géométrie et n'est significatif qu'en basses fréquences. Finalement, la propagation des ondes élastiques dans un toron à sept brins soumis à un chargement axial est analysée. Les courbes de dispersion obtenues numériquement sont comparées à des données expérimentales. Une bonne concordance est obtenue pour les premiers modes de type compression et le phénomène de fréquence "manquante" associé.

Les câbles d'ouvrages d'art sont sujets à deux principales causes d'endommagement :le fretting-fatigue et la corrosion. Ces dernières peuvent s'activer simultanément sur une même zone de câble et interargir en entraînant la rupture prématurée de ls constitutifs des câbles. Un dispositif expérimental, le banc de fretting-fatigue, permet de reproduire, à l'échelle du fil, les conditions de sollicitation des câbles de ponts à haubans ou de ponts suspendus.Une étude de fatigue et de fretting-fatigue en milieu corrosif a été menée. Elle a consisté à étudier l'endommagement de fils soumis à du fretting-fatigue dans une solution de chlorure de sodium. Dans ce cas, les durées de vie ne sont que faiblement modifiées. Deux phases ont alors été dissociées : une phase d'amorçage et une phase de propagation des fissures. Dans les conditions d'essais retenues, le fretting est prépondérant dans la phase d'amorçage de la fissure. Il a été choisi d'amorcer une fissure en fretting-fatigue puis de la faire propager en fatigue-corrosion. Quelques solutions ont été testées. La propagation dans une solution de thiocyanate d'ammonium montre une réduction significative de la durée de vie de l'éprouvette. Cette étude va se poursuivre en accélérant les phénomènes corrosifs grâce à des méthodes électrochimiques (imposition d'un potentiel ou d'un courant).