Ce mémoire présente le développement d'un simulateur permettant d'étudier différentes stratégies applicables au contrôle de la vidange d'un réservoir de rétention du réseau sanitaire de l'est de la ville de Québec soit celui du site St-Sacrement. Dans un premier temps, le contexte du projet est présenté afin de bien comprendre les modèles qui sont proposés pour constituer le simulateur. Les modèles présentés, à prime abord, sont ceux par défaut, c'est à dire, disponibles avant la mise en service des installations. Cependant, les conditions hydrauliques de cette station de contrôle ne permettent pas de satisfaire toutes les hypothèses des modèles par défaut de telle sorte qu'une étape de calibration a été nécessaire. Suite à la réalisation de tests expérimentaux, différents modèles ont alors été calibrés afin d'augmenter la précision du simulateur. Ceci a permis de construire plusieurs simulateurs en fonction des modèles présentés (par défaut et expérimentaux). Des données expérimentales recueillies lors de la vidange contrôlée du 17 juillet 2005 ont permis de sélectionner le meilleur simulateur. Il s'est avéré que les modèles par défaut permettent de représenter le système avec précision sous réserve d'utiliser un bon délai d'écoulement entre le réservoir et la chambre de contrôle. Par ailleurs, des phénomènes en apparence complexes ont été modélisés avec des modèles relativement simples ce qui a permis d'augmenter du même coup la stabilité du simulateur. Le simulateur choisi a alors été utilisé pour tester et comparer différentes stratégies de contrôle pour la vidange du réservoir. Celui-ci a par ailleurs été modifié quelque peu afin de connaître la performance des différentes approches de contrôle présentées pour un système comportant des contraintes encore plus sévères. Les résultats montrent que les approches de contrôle plus avancées basées sur des modèles internes offrent de meilleures performances qu'un contrôleur PID mais qu'ils ne se démarquent significativement que pour les simulations utilisant des contraintes plus sévères. / This thesis presents the development of a Simulator to study various strategies applicable to control the emptying of a retention reservoir located at the St-Sacrement site, which is part of Québec City's Eastern wastewater collection network. The context of the project is first presented to fully understand the models proposed to build the Simulator. The models presented at first are default models, i.e. available before the commissioning of the facilities. However, because the hydraulic conditions of this control station could not satisfy ail the hypotheses related to the default models, some calibration was required. Following experimental tests, various models have been calibrated to increase the accuracy of the simulator. Several simulators were then built based on the models presented (default and experimental). The experimental data collected during the controlled emptying of the reservoir on July 17, 2005 was used to select the best simulator. It was found that default models can represent the network accurately provided that the flow is delayed between the basin and the control chamber. Also, some phenomena which seemed complex at first glance were simulated with relatively simple models, thus increasing the stability of the simulator. The selected simulator was then used to test and compare various control strategies for the emptying of the reservoir. The latter was later modified to assess the performance of the various control approaches for a System that included even more restrictive constraints. Results show that the more advanced control approaches, based on internal models, perform better than a PID controller. However, they stand out significantly only in simulations using more restrictive constraints.

Ce mémoire de maîtrise présente le résultat de travaux de recherche réalisés pour la compagnie Pratt & Whitney Canada, via Stephen Caulfeild [1], en collaboration avec le CRIAQ [2], le département de Génie mécanique de l'Université Laval, via le Dr. Augustin Gakwaya [3] et le RDDC Valcartier, via le Dr. Dennis Nandlall [4]. Le travail concerne la modélisation et simulation du confinement des débris des pales d'un rotor de moteur d'avion dans un caisson constitué d'une structure en aluminium entourée d'un tissé de Kevlar. Pour réaliser ce projet, on a d'abord établi une procédure de simulation avec un modèle simple ayant une structure métallique. Ensuite, en conservant les mêmes paramètres, on a reproduit cette simulation avec la géométrie réelle. Puis, on a effectué de nombreuses simulations pour valider une nouvelle loi de comportement, implantée par Ali Shahkarami de UBC dans LS-DYNA [5]. Cette loi permet de représenter le comportement en déformation des tissés de Kevlar soumis à l'impact. Une fois cette étape complétée, on a alors modifié la structure métallique du modèle simple en une structure métal/composite et on a validé les paramètres à utiliser. Finalement, on a développé une méthodologie pour simuler le confinement des débris des pales d'un rotor de moteur d'avion dans un caisson hybride (i.e. constitué d'une structure d'aluminium entouré d'un tissé de Kevlar). Tout au long du mémoire, les fondements théoriques des logiciels employés et les hypothèses posées sont décrits. De plus, on a effectué des analyses implicites et explicites afin de bien les différentier et de représenter le phénomène de contraintes initiales induites dans les pales lors de leur mise en rotation. Les résultats obtenus montrent qu'en utilisant de façon judicieuse la simulation numérique, on peut assez fidèlement reproduire la physique des problèmes d'impact à très grande vitesse. Ceci comporte alors de nombreux avantages tels qu'une meilleure compréhension du problème et le remplacement de certains tests physiques par des simulations virtuelles réduisant d'autant les coûts des tests. / This master's thesis presents the research work done for Pratt & Whitney Canada, via Stephen Caulfeild [1], in collaboration with the CRIAQ [2], the Mechanical Engineering Department of Laval University, via Dr. Augustin Gakwaya [3] and DRDC Valcartier via Dr. Dennis Nandlall [4]. This thesis presents the results obtained for the following case study: the simulation of a fan blade containment problem with a hybrid aluminum/Kevlar fan case structure. To accomplish this project, a simulation methodology was first established with a simple metallic structure model. Using the same parameters, simulations with the real geometry were conducted. Then, numerical simulations were done with a new material model implemented by Ali Shahkarami from UBC in LS-DYNA [5]. This model was used to capture the deformation response of the Kevlar wrap under impact. After the successful results obtained with this material model, the metallic structure of the simple model was replaced with a new hybrid metal/composite structure and ail the parameters were validated using it. Finally, a methodology was created to simulate the fan blade containment with a hybrid fan case (aluminum structure with a Kevlar wrap). Throughout the thesis, the software theory and the assumptions made are described. Moreover, it is explained how to perform implicit and explicit analysis in order to be able to differentiate them and to assess fan blade prestressing. Prestressing was needed to accurately represent the deformation pattern and constraints induced in the blades by their rotation. The results show that with judicious use of numerical simulation it is possible to realistically simulate high velocity impact problems that capture the physics of the problem and as a results help in the understanding of the problem while saving tremendously experimental time.

Les coûts de broyage dans l'industrie minière représentent une grande dépense pour une usine de traitement de minerai. En effet, ceux-ci peuvent atteindre plus de 50% des coûts énergétique du traitement. Le broyage pourrait être optimisé par une meilleure connaissance de la distribution spatiale de la broyabilité des massifs rocheux. Sur les sites miniers, on caractérise habituellement la broyabilité d'un gisement par des tests d(^ broyage sur des échantillons prélevés à plusieurs endroits dans la mine. Cependant, puisque ces tests sont coûteux, relativement peu de roc est ainsi caractérisé. Par ailleurs, certaines informations géologiques et géotechniques sont abondantes et facilement accessibles sur les sites miniers. Ce mémoire vise d'une part à montrer les relations statistiques entre les différentes méthodes usuelles de caractérisation de la roche intacte dans les opérations minières, et d'autre part à démontrer comment le modèle de blocs contenant l'information géologique référencée peut être utilisée pour maximiser notre connaissance de la broyabilité d'un gisement. Pratiquement, ce mémoire étudie les liens entre les résultats des méthodes de caractérisation de la roche en broyage, en mécanique des roches (propriétés du roc intact) et en géologie de 13 échantillons de minerai d'or qui proviennent de deux fosses de la mine Troilus : la fosse 87 et la fosse J4. Les échantillons, qui ont été caractérisés dans le cadre de ce projet, ont été prélevés de 3 trous de forage et de 2 niveaux d'exploitation de la fosse 87, de 3 trous de forage de la fosse ,J4, et de l’alimentation du broyeur en provenance de la fosse 87 (!t de la fosse J4. Ces échantillons ont été prélevés avant la définition du projet de maîtrise. Ils ont été prélevés dans le cadre d'une caractérisation métallurgique de certaines zones de la mine Troilus. Le premier travail réalisé dans le cadre de ce projet a été la caractérisation géologique des échantillons. Cette caractérisation des échantillons a été réalisée sur la base de la description visuelle du type de roche, de la quantité des minéraux majeurs et sur la base des valeurs de facteur de qualité de la roche RQD. Les résultats de la caractérisation géologique ont démontré que les échantillons testés provenaient de deux types de roches : la diorite et la roche intrusive felsique. Les valeurs de RQD ont montré que le massif de Troilus est de bonne qualité. Le deuxième travail a été la caractérisation de la broyabilité des échantillons. Les tests de broyabilité qui ont été choisis sont le test de Bond pour le broyage à boulet, le test de Bond pour le broyage à barres, le test de Bond à basse énergie qui permet de calculer l'indice Wic, le test d'impact qui permet d'évaluer la résistance à l'impact A*b et le test d'abrasion qui permet d'évaluer la résistance à l'abrasion ta- Les résultats de ces tests ont démontré que : - Le minerai de Troilus présente une résistance faible au broyage fin, une valeur élevée de Wic, une résistance à l'impact et à l'abrasion élevée. - La roche diorite est plus résistante au broyage fin et l'impact à faible énergie que le mélange de roche diorite et roche felsique. - La roche diorite est moins résistante à l'impact (A*b) et à l'abrasion {ta) que le mélange de diorite et de roche felsique. - Pour chaque type de roche, les indices de broyages présentent des corrélations acceptables. Le troisième travail a été la caractérisation de la roche par les tests de mécanique de roche. Les tests de mécanique des roches qui ont été choisis sont le test de la résistance en compression uniaxiale, le test de la résistance en tension et le test du double poinçonnement. Les résultats de ces tests ont montré que : - la résistance à la compression est variable pour un même échantillon et pour un même type de roche. - la roche diorite présente un indice de double poinçonnement inférieur au mélange de roche diorite et roche felsique. - la résistance en tension de la roche diorite est inférieure à celle du mélange diorite et roche felsique. - La résistance en tension et l'indice de double poinçonnement ne présentent pas une forte corrélation avec la résistance en compression uniaxiale. - La résistance en tension est fortement corrélée avec l'indice de double poinçonnement dans le cas du mélange. - La résistance en tension est fortement corrélée avec la compression uniaxiale pour les deux types de roches. L'analyse globale des résultats des tests de la broyabilité et des tests de mécanique des roches montre que : - La compression uniaxiale et la résistance en tension de la roche diorite sont liées à sa résistance à l'impact. - L'indice Wi BM est lié avec la résistance en compression uniaxiale et avec l'indice de double poinçonnement du mélange diorite et roche flelsique. - La broyabilité (A*b et i„ ) est liée au RQD moyen dans le cas où le RQD est défini par les 4 valeurs localisées à moins de 30m. - Les roches qui proviennent d'un massif rocheux de bonne qualité résistent mieux à l'impact et à l'abrasion. L'intégration de la relation entre le facteur RQD et les deux résistances de la roche (à l'impact et à l'abrasion) dans le modèle de blocs a permis d'attribuer la broyabilité aux différents blocs d'une fosse conceptuelle. Cette dernière application a montré qu'il est possible d'utiliser le modèle de blocs et l'information géologique disponible pour représenter la distribution dans l'espace de la broyabilité d'une mine à ciel ouvert.

Un sursaut de formation stellaire, ou starburst, constitue une flambée intense de formation d'étoiles qui est souvent associée à une compression violente du gaz. Ce phénomène représente une phase importante dans l'évolution des galaxies. Les étoiles massives, présentes en grand nombre dans les starbursts, sculptent l'allure des galaxies et y apportent des éléments lourds. Le domaine de l'ultraviolet est des plus utiles pour étudier les étoiles massives et ainsi sonder le processus de formation stellaire et éventuellement décrire l'évolution des galaxies. Mon travail présente des simulations des magnitudes, couleurs et pentes spectrales dans les filtres du "Ultraviolet Imaging Telescope" (UVIT) pour des starbursts modélisés avec des codes de synthèse évolutifs. UVIT sera lancé en 2012 et apportera des images ultraviolettes de très haute résolution spatiale pour des galaxies proches. Mon objectif premier est alors d'identifier l'ensemble des filtres UVIT qui permettront de déterminer l'âge, la métallicité, l'extinction et la fonction de masse initiale des populations jeunes observées.

Le développement de la technologie du véhicule hybride au sein du parc automobile mondial place les constructeurs tels que PSA Peugeot-Citroën face à de nouvelles problématiques. L'intégration des modules d'électronique de puissance dans ce type de véhicule entraîne d'importantes dissipations thermiques qu'il est nécessaire d'évacuer alors que les systèmes de refroidissement conventionnels atteignent leurs limites. Dans ce but, un système innovant de transfert thermique passif fait l'objet de la présente thèse : la boucle diphasique à pompage thermocapillaire. Une architecture particulière de ce type de système est présentée, où les positions relatives de l'évaporateur, du réservoir et du condenseur permettent à la gravité de jouer un rôle de premier plan dans le fonctionnement de cette boucle. Une pré-étude ayant permis de sélectionner l'éthanol comme le fluide de travail le mieux adapté à cette application automobile, un banc expérimental finement instrumenté avec mesures de températures, pressions et débits a été mis en oeuvre pour caractériser la réponse de la boucle à une application de puissance en régimes de fonctionnement permanent et transitoire. L'apport des mesures de débit et de pression s'est notamment traduit en régime transitoire par la mise en évidence de phénomènes d'écoulement particuliers dans la boucle. Les résultats obtenus ont permis, tant sur les plans thermique qu'hydraulique, de confirmer d'une part leur potentiel de gestion de la dissipation thermique en maintenant la température de l'électronique stable quelle que soit la puissance appliquée et d'ouvrir d'autre part nombre de perspectives de contrôle et de dimensionnement pour la conception des futures boucles. Les données expérimentales obtenues ont également permis de valider et d'identifier en régime permanent un modèle nodal thermo-hydraulique de boucle développé dans le cadre de cette thèse. Ce modèle global est basé sur une approche originale, dans ce contexte, de modélisation du phénomène de changement de phase avec comme variable du calcul l'enthalpie en sus de la température et de la pression. Même si ce modèle reste tributaire de l'expérience par l'identification de deux conductances thermiques, il nous a permis d'apprécier en particulier l'influence de la gravité et des conditions d'environnement sur le fonctionnement de la boucle et ouvre également des perspectives de dimensionnement pour sa valorisation au sein de futurs véhicules hybrides.

L'irradiation d'un matériau métallique par une impulsion laser de forte puissance provoque la sublimation d'une fine couche de matière, transformée en plasma, dont la détente induit une onde de choc à l'intérieur de ce matériau. Dans certaines conditions, ce chargement peut conduire à la production de fragments, solides ou liquides, qui sont éjectés à des vitesses élevées, et sont alors susceptibles d'endommager l'environnement proche, notamment les équipements optiques (lentilles, miroirs, hublots, etc.). Avec l'avènement des installations laser de haute énergie destinées à réaliser la fusion thermonucléaire par confinemenet inertiel, comme le Laser MégaJoule en France ou le National Ignition Facility aux Etats-Unis, l'éjection des débris issus d'une cible métallique soumise à une irradiation laser intense est devenue un problème crucial. Ainsi, il est essentiel pour ces deux projets de comprendre les processus de fragmentation induits par choc laser, de caractériser les fragments produits et leurs propriétés balistiques, et de développer des modèles prédictifs afin de pouvoir prévoir les protections adéquates, de dimensionner les expériences, et préserver les installations laser. Les principaux processus de fragmentation qui peuvent survenir dans une cible soumise à un choc laser et générer des fragments à hautes vitesses sont : (i) l'éjection de jets micrométriques, ou microjetting, qui se produit lorsqu'une onde de compression intense débouche sur une surface libre rugueuse, (ii) l'écaillage, qui est dû à une traction dynamique induite par l'interaction entre des ondes de détente au sein de la cible, et (iii) la rupture par perforation, qui résulte d'un effet de poinçon dynamique dans une cible de faible épaisseur. Des campagnes expérimentales ont été menées sur les grandes installations laser du Centre d'Études Scientifiques et Techniques d'Aquitaine (CEA/CESTA) et du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI / École Polytechnique) pour caractériser ces processus et évaluer les influences des principaux paramètres expérimentaux. Ces expériences ont principalement porté sur deux matériaux : l'aluminium et l'or. Plusieurs diagnostics complémentaires ont été développés et utilisés au cours de ces campagnes : visualisation transverse ultra-rapide, mesures de vitesses résolues en temps par interférométrie, récupération des éjectas dans des collecteurs de faible densité, analyse de ces éjectas par micro-tomographie. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec les prédictions numériques du code hydrodynamique bi-dimensionnel CHIC, qui prend en compte l'interaction laser-matière et la propagation des ondes de pression. Un modèle numérique de fragmentation a été implémenté dans ce code au cours de cette thèse. La capacité de cet outil à simuler la fragmentation dynamique des cibles sous choc laser a pu être testée.

En aérodynamique automobile, les écoulements sont caractérisés par des structures fortement décollées, tridimensionnelles et instationnaires qui sont à l'origine de la trainée du véhicule et de la génération de bruit. Une configuration modèle générique de cette aérodynamique a été proposée. On étudie de manière expérimentale l'interaction du sillage tridimensionnel d'un disque de diamètre D placé à une distance H d'une paroi. Sur la base de cet écoulement, l'objectif est de développer une analyse instationnaire des structures de l'écoulement et de leur couplage avec la pression fluctuante. On a mis en oeuvre pour cela des moyens d'essais modernes tels que la mesure synchronisée pression/vitesse ou la mesure HS-PIV (High Speed - PIV) et développé des moyens d'analyse (analyse corrélatoire, outils lagrangien FTLE, moyenne conditionnelle et estimation stochastique). Pour H/D=0.75, le battement du sillage associé au lâcher tourbillonnaire est mis en évidence. Les moyennes de phase, déterminées à l'aide d'une analyse POD du signal de pression, associent le déplacement vertical du sillage au lâcher de structures cohérentes dans le plan de symétrie. L'utilisation de l'estimation stochastique de type spatio-temporelle, dont la supériorité par rapport à l'approche spatiale a été démontrée, a permis de montrer que les structures cohérentes sont reliées de manière linéaire aux fluctuations de pression. Pour H/D=0.3, l'interaction du sillage du disque avec la paroi a considérablement changé. Dans la zone proche du point de décollement, il a été montré à l'aide de l'outil lagrangien FTLE que la fréquence dominante de 30Hz sur les DSP de pression est associée aux fluctuations du point de décollement.

Contrairement aux modèles déterministes, le déroulement d'un modèle stochastique est conditionné par la réalisation de variables aléatoires. L'utilisation de hasard permet d'approcher un résultat le plus souvent incalculable de manière déterministe. En contrepartie, il est nécessaire d'estimer les paramètres des distributions associées aux quantités aléatoires en sortie du modèle stochastique. Ce calcul requiert l'exécution de multiples réplications indépendantes de la même expérience et de ce fait, d'une importante quantité de calcul. Toutes les simulations stochastiques comportent par conception un aspect naturellement parallèle. Elles représentent ainsi une des applications phares pour l'utilisation d'environnements de calculs distribués permettant de partager de la puissance de calcul à l'échelle mondiale, appelée grille de calcul. Bien que 50% des cycles des plus gros supercalculateurs de la planète soient consommés par des calculs stochastiques, les techniques de génération parallèle de nombres pseudoaléatoires sont méconnues. Il existe de ce fait un risque bien réel de produire et de publier des résultats de simulations stochastiques erronés. Cette thèse présente l'état de l'art des méthodes pour la distribution des réplications de simulations stochastiques et contribue à leur développement. Elle propose ainsi des méthodes novatrices permettant d'assurer une traçabilité dans le processus complexe de distribution de simulations stochastiques. Elle expose enfin des applications dans les domaines de l'imagerie médicale nucléaire et des simulations environnementales totalisant plus de 70 années de calcul sur un ordinateur séquentiel.

Ce projet de recherche s’est intéressé à la modélisation fine du transport d’espèces gazeuses en régime moléculaire en vue de l’appliquer à des technologies de dépôt sous vide poussé (VP), et plus particulièrement à la technique d’épitaxie par jets chimiques (ÉJC). Un modèle spécifique a été établi et une méthode de calcul a été implémentée sous la forme d’un logiciel MATLABTM. Les profils angulaires de densité de flux obtenus via le logiciel ont été comparés à ceux mesurés à l’aide d’un banc de test mis au point durant ce projet. Le banc de test est constitué d’une chambre à VP dans laquelle on peut conditionner et faire circuler un gaz neutre à travers un injecteur et mesurer avec précision les flux émis le long d’un arc de cercle. Un excellent accord entre les distributions de densité de flux simulée et mesurée a été obtenu pour chacun des injecteurs testés lorsque le débit utilisé était suffisamment faible. Pour des débits plus forts, une dégradation progressive de l’accord entre mesures et simulations a été observée de façon systématique. Les profils de densité de flux tendent à s’aplatir et à s’élargir et les zones anguleuses à s’émousser, puis à s’arrondir. Cette évolution est attribuée à la perte graduelle du régime moléculaire dans l’injecteur. Cela impose donc une limite haute, liée à la géométrie de l’injecteur, sur le débit utilisable dans le cadre du modèle choisi. Le logiciel ainsi validé a été utilisé pour étudier les performances d’un injecteur tronc-conique émettant vers un disque (substrat) en fonction de la géométrie d’injection (dimensions de l’injecteur et configuration spatiale source-cible). Les critères de performances étaient, en premier, l’uniformité des flux sur le substrat, et ensuite, la fraction des flux atteignant la cible (efficacité d’injection). Plusieurs géométries d’injection optimales ont été trouvées aussi bien pour un disque fixe que pour un disque en rotation autour de son axe. Néanmoins, pour la plupart d’entre elles, une sévère limite sur le débit est imposée par la nécessité de maintenir le régime moléculaire dans l’injecteur. Au vu de ces résultats, il est suggéré de se tourner vers des géométries d’injecteur présentant de plus fortes conductances ou bien d’utiliser ou de développer un logiciel de simulation applicable au régime de transition.

Ce travail porte sur l'étude de deux systèmes non liés, le 16B et le 13Be, dont la structure très exotique fournit de fortes contraintes sur les modèles actuels et des informations primordiales pour modéliser les systèmes à trois corps que sont les noyaux à halo borroméens 17B et 14Be. Les deux expériences réalisées au GANIL consistaient à peupler les noyaux d'intérêt à partir de réactions de perte d'un proton d'un faisceau secondaire de 17C à 35 MeV/nucléon pour le 16B et de 14B à 41 MeV/nucléon pour le 13Be. L'utilisation d'un télescope sensible en position Si-Si-CsI de la collaboration CHARISSA pour détecter les fragments chargés, et du multidétecteur DéMoN pour les neutrons, permettait de reconstruire les spectres en énergie de décroissance du 16B et du 13Be à partir des coïncidences 15B-n et 12Be-n. Une description théorique, fondée sur l'approximation soudaine, du peuplement des états finals non liés a été développée. Les spectres en énergie de décroissance prédits ont été comparés aux données après convolution avec la réponse du dispositif expérimental, obtenue en utilisant deux codes de simulation, le premier basé sur GEANT et le second, BELZEBUTH, développé spécialement pour cette étude. Le meilleur accord avec les données 15B+n suppose le peuplement d'une (de) résonance(s) d très étroites à basse énergie (environ 85 keV). Les données 12Be+n sont en accord avec le peuplement d'un état s très large (1-2 MeV) autour de 600-800 keV et d'une résonance d à 2,5 MeV.