<p align="justify">Cette thèse traite de l'étude numérique et expérimentale du transport et de la déposition d'aérosols dans les poumons. La partie numérique du travail porte sur des simulations uni-, bi- et tridimensionnelles du comportement des aérosols dans la structure pulmonaire. Les simulations unidimensionnelles (1D) sont effectuées dans des modèles trompettes et multibranche similaires à ceux utilisés dans les études de transport et de mélange gazeux dans les poumons. Le dépôt total, le profil des dépôts le long des différentes générations de l'arbre bronchique ainsi que la dispersion de boli d'aérosols sont calculés en fonction de la taille des particules et du protocole respiratoire. Un bolus consiste en un faible volume d'aérosols inhalé sous la forme d'un pic de concentration au cours d'une inspiration d'air pur. Les résultats montrent les limitations intrinsèques liées aux modèles 1D quant à la description du transport des aérosols dans les poumons et suggèrent l'utilisation d'équations multidimensionnelles pour décrire le transport de particules. Des simulations bidimensionnelles (2D) sont alors développées pour décrire le comportement des aérosols dans un modèle représentatif de la zone alvéolaire du poumon humain. Les simulations montrent que les particules ne se déposent pas uniformément sur les parois alvéolaires des conduits mais qu'elles sont principalement localisées près de l'entrée des alvéoles et ceci principalement dans le cas de petites particules (diamètre inférieure à 0.5 mm). De plus, les résultats montrent que le traditionnel coefficient de dispersion utilisé dans l'approche unidimensionnelle ne peut pas être extrapolé dans la zone alvéolaire du poumon.</p><p><p align="justify">Finalement, des simulations tridimensionnelles (3D) sont réalisées dans un modèle d'un conduit pulmonaire entouré d'alvéoles et confirment la déposition largement hétérogène des aérosols calculée dans l'étude bidimensionnelle suggérant que les concentrations locales et moyennes en aérosols peuvent être substantiellement différentes.</p><p><p align="justify">Parallèlement, des données expérimentales de déposition totale et de dispersion de boli d'aérosols sont obtenues et comparées aux résultats numériques. Des indices tels que la dispersion du bolus expiré, la déposition totale ou le déplacement du mode entre les courbes de concentration des boli inspiré et expiré mesurés au niveau de la bouche ont été évalués. Des simulations numériques similaire aux tests expérimentaux sont également effectuées. Bien qu'une approche relativement simplifiée soit utilisée, il apparaît que les simulations décrivent raisonnablement bien les résultats expérimentaux.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés contribuent à la modélisation stochastique de la maintenance de systèmes mono- ou multi-composants à détériorations et à modes de défaillances multiples en environnement dynamique. Dans ce cadre, les contributions portent d'une part sur la modélisation des processus de défaillance, et d'autre part sur la proposition de structures de décision de maintenance intégrant les différents types d'information de surveillance en ligne disponible sur le système (état de détérioration mesuré ou reconstruit, état de l'environnement, ...) et le développement des modèles mathématiques d'évaluation associés. Les modèles de détérioration et de défaillances proposés pour les systèmes mono-composants permettent de rendre compte de sources de détérioration multiples (chocs et détérioration graduelle) et d'intégrer les effets de l'environnement sur la dégradation. Pour les systèmes multi-composants, on insiste sur les risques concurrents, indépendants ou dépendants et sur l'intégration de l'environnement. Les modèles de maintenance développés sont adaptés aux modèles de détérioration proposés et permettent de prendre en compte la contribution de chaque source de détérioration dans la décision de maintenance, ou d'intégrer de l'information de surveillance indirecte dans la décision, ou encore de combiner plusieurs types d'actions de maintenance. Dans chaque cas, on montre comment les modèles développés répondent aux problématiques de la maintenance de turbines et de parcs éoliens / The thesis contributes to stochastic maintenance modeling of single or multi-components deteriorating systems with several failure modes evolving in a dynamic environment. In one hand, the failure process modeling is addressed and in the other hand, the thesis proposes maintenance decision rules taking into account available on-line monitoring information (system state, deterioration level, environmental conditions …) and develops mathematical models to measure the performances of the latter decision rules.In the framework of single component systems, the proposed deterioration and failure models take into account several deterioration causes (chocks and wear) and also the impact of environmental conditions on the deterioration. For multi-components systems, the competing risk models are considered and the dependencies and the impact of the environmental conditions are also studied. The proposed maintenance models are suitable for deterioration models and permit to consider different deterioration causes and to analyze the impact of the monitoring on the performances of the maintenance policies. For each case, the interest and applicability of models are analyzed through the example of wind turbine and wind turbine farm maintenance

Ces travaux s'intéressent à l'estimation de la fiabilité des évacuateurs de crues vannés. Le comportement fiabilistes de ces systèmes hydrauliques dépend à la fois d'événements aléatoires discrets, mais aussi de l'évolution d'une variable déterministe continue : ce sont des systèmes dynamiques hybrides. Pour ces systèmes, l'événement redouté est réalisé lorsque le niveau de la retenue atteint un seuil de sûreté. La démarche de fiabilité dynamique proposée dans cette thèse vise à prendre en compte l’information temporelle de la modélisation à la synthèse d'indicateurs fiabilistes pour l'aide à la décision et développe deux contributions :1) L'élaboration d'une base de connaissances dédiée à la description des évacuateurs de crue en termes de fiabilité dynamique. Chaque classe de composants est décrite par un automate stochastique hybride dont les états sont les différentes phases de son fonctionnement. 2) Le suivi de la simulation de Monte Carlo et le traitement et l'analyse des "histoires" (séquence de tous les états activés et des dates d'activation) obtenues en simulation pour construire des indicateurs de fiabilité classique (probabilité d'occurrence de l'évènement redouté, identification des coupes équivalentes prépondérantes, ...). Des indicateurs de fiabilité dynamique basés sur la classification des histoires en fonction des dates de défaillance des composants concernés et sur l'estimation de l'importance dynamique sont aussi proposés / Hydraulic systems are hybrid dynamic systems whose evolution is a combination between discrete stochastic events on the one hand and continuous deterministic phenomena on the other hand. The undesired event is achieved when the dam level reaches a security threshold. In the frame of gated spillways dynamic reliability, the proposed methodology takes into account the temporal information during modeling and synthesis of reliability indicators for decision support.The first contribution of this work is the development of a knowledge base to describe a class of systems. Each component is described by a stochastic hybrid automaton whose states are the different working modes.The second contribution is Monte Carlo simulation monitoring and treatment results. A story is the sequence of all activated states and activation dates during the algorithm passage for a simulation. The analysis of results provides classical reliability indicators, such as the time evolution of the undesired event probability or the identification of predominant equivalent cuts. Our predictive approach is based on stories classification depending on components failure dates, then dynamic importance is assessed

Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à développer des modèles de coût/performances pour améliorer les décisions de maintenance sur les infrastructures ferroviaires exploitées dans un environnement de plus en plus contraint: trafic accru, détérioration accélérée, temps de maintenance réduits. Les modèles de maintenance proposés sont construits à base de réseaux de Petri colorés ; ils sont animés par simulation de Monte Carlo pour estimer les performances (en termes de coût et de disponibilité) des politiques de maintenance considérées. Ils sont développés aux niveaux "composant" et "réseau", et plusieurs problèmes de maintenance différents sont étudiés. Au niveau "composant" (rail), des politiques de maintenance mettant en jeu différents niveaux d'information de surveillance sont comparées pour montrer l'intérêt de surveiller la détérioration graduelle du composant. L'effet de l'existence d'un délai de maintenance est également étudié pour les politiques conditionnelle et périodique. Au niveau système (ligne), une maintenance mettant en jeu différents types d'inspections complémentaires (automatique ou visuelle) est d'abord étudiée. On s'intéresse ensuite au cas de figure où l'évolution de la détérioration dépend du mode d'utilisation et de la charge de la voie : le problème de maintenance étudié vise alors à définir un réglage optimal des paramètres d'exploitation de la voie (vitesse limite) et de maintenance (délai d'intervention) / The aim of this thesis research work is to propose maintenance models for railways infrastructures that can help to make better maintenance decisions in the more constrained environment that the railway industry has to face, e.g. increased traffic loads, faster deterioration, longer maintenance planning procedures, shorter maintenance times. The proposed maintenance models are built using Coloured Petri nets; they are animated through Monte Carlo simulations to estimate the performance of the considered maintenance policies in terms of cost and availability. The maintenance models are developed both at the component and network levels, and several different maintenance problems are considered. At the rail component level, maintenance policies with different level of monitoring information (level of gradual deterioration vs binary working state) are compared to show the benefits of gathering monitoring information on the deterioration level. The effect of preventive maintenance delays is also investigated for both condition-based inspection policies and periodic inspection policies on a gradually deteriorating component. At the line level, a maintenance policy based on a two-level inspection procedure is first investigated. Then, considering the case when the deterioration process depends on the operation modes (normal vs limited speed), a maintenance optimization problem is solved to determine an optimal tuning of the repair delay and speed restriction

Ideal magnetohydrodynamics (MHD) simulations are known to have problems in satisfying the solenoidal constraint (i.e. the divergence of magnetic field should be equal to zero, $<p>ablacdotvec{B} = 0$). The simulations become unstable unless specific measures have been taken.<p><p>In this thesis, a solenoidal constraint satisfying technique that allows discrete satisfaction of the solenoidal constraint up to the machine accuracy is presented and validated with a variety of test cases. Due to its inspiration from Chorin's artificial compressibility method developed for incompressible CFD applications, the technique was named as \ / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Throughout recent history, famous records of building failures may be found, unfortunately accompanied by great human loss and major economic consequences. One of the mechanisms of failure is referred to as ‘progressive collapse’: one or several structural members suddenly fail, whatever the cause (accident or attack). The building then collapses progressively, every load redistribution causing the failure of other structural elements, until the complete failure of the building or of a major part of it. The civil engineering community’s attention to this type of event was first drawn by the progressive collapse of the building called Ronan Point, following a gas explosion in one of the last floors. Different simplified procedures for simulating the effects of progressive collapse can now be found in the literature, some of them described in detail. However, no extensive study can be found, in which these procedures are compared to more complete approaches for progressive collapse simulation, aiming at the comparison of the assumptions underlying them. To further contribute to the elaboration of design codes for progressive collapse, such a study would therefore be of great interest for practitioners.<p>All parties involved with the subject of progressive collapse are currently attempting to bridge the gap between the work done on the research front on the one hand, what can be considered as a fitting numerical model for regular industrial use on the other, and finally, the normalisation committees. The present research work aims at providing insight as to how the gaps between these poles may be reduced. The approach consists in studying the various hypotheses one by one, and gradually adding complexities to the numerical model, if they prove to be warranted by the need for sufficient accuracy. One of the contributions of the present work stems from this approach, in that it provides insight regarding the validity of the various simplifying assumptions. It also leads to the development of procedures which are kept as simple as possible, in an attempt to design them as best as possible for regular industrial use.<p>The objective of simplifying assumptions validation is pursued in Chapter 2. This chapter consists of the text of a paper entitled “Comparison and study of different progressive collapse simulation techniques for RC structures”, in which the main simplifying assumptions of the progressive collapse guidelines are detailed and assessed. The DoD [1] and GSA [2] static linear and non-linear procedures are investigated, and compared to more complete approaches in order to assess their validity.<p>In the next two chapters, two new procedures for design against progressive collapse are developed. They are based on quasi-static computations, their main objective being to account accurately for dynamic inertial effects. The first of these chapters consists in the text of a paper entitled “A new pushover analysis procedure for structural progressive collapse based on a kinetic energy criterion”, in which energetic considerations allow for the development of a static equivalent pushover procedure. The second chapter consists of the text of a paper entitled “A new pushover analysis procedure for structural progressive collapse based on optimised load amplification factors”, which uses load amplification factors resulting from optimisation procedures in order to account for dynamic inertial effects. The contributions of these two papers lie in the fact that they offer an improved accuracy on the results, when compared with other procedure available in the literature, which follow the same general principles. The two proposed procedures are thoroughly validated by systematic comparisons with results obtained with the more costly dynamic non-linear computations.<p>Finally, an additional chapter focuses on the various approaches that can be adopted for the simulation of reinforced concrete beams and columns. Because a rather simple model for reinforced concrete is used in Chapter 2, the bulk of this chapter consists in the implementation of a more complex fibre-based non-linear beam element. Comparisons performed with this model provide insight to the limitations of the simpler model, which is based on the use of lumped plastic hinges, but show this simpler model to be valid for the purposes of the present work.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished