Le travail présenté dans ce mémoire constitue une nouvelle approche, dite de domaines fictifs, pour la simulation de l'interaction d'un fluide incompressible et d'un solide rigide, qu'il soit immobile ou en mouvement. Les outils que nous avons développés comportent la mise en oeuvre d'un algorithme fiable de résolution qui intégrera les deux domaines (fluide et solide) dans une formulation mixte et un couplage fin à l'interface. Nous avons aussi développé des techniques de raffinement local adaptatif des maillages utilisés permettant de mieux séparer les éléments du milieu fluide de ceux du solide. Les résultats numériques présentés attestent de la validité des outils développés.

L'étirage à froid de tubes est un procédé déjà bien connu. Il est utilisé afin de réduire le diamètre extérieur d'un tube tout en calibrant de façon précise l'épaisseur finale de ce dernier. Généralement, le tube brut est passé à travers une matrice qui réduit son diamètre et l'épaisseur du tube est imposée par l'utilisation d'un mandrin interne. Certains éléments de structure en aluminium qu'on retrouve dans les voitures, dans les avions ou encore dans d'autres moyens de transport, nécessitent l'utilisation de l'hydroformage étant donné leur géométrie complexe. Il peut être alors intéressant d'utiliser des tubes dont l'épaisseur de paroi varie afin de minimiser les risques de rupture lors de l'hydroformage dans les zones où l'amincissement est très important. On présente dans ce mémoire les étapes qui ont mené à la conception d'un banc d'essais afin de pouvoir mettre en forme des tubes en aluminium à paroi variable. Le principe de fonctionnement de la machine d'étirage consiste à tirer un tube à travers une matrice permettant le calibrage du diamètre extérieur final du tube. Pour faire varier l'épaisseur de la paroi du tube, on utilise un mandrin interne qui se déplace dans l'axe du tube selon les paramètres géométriques du tube désiré. Ainsi, selon le déplacement du mandrin, il est possible d'amincir la paroi du tube et d'obtenir un tube dont l'épaisseur de paroi varie sur sa longueur. Des essais mécaniques préliminaires ont été complétés afin de valider le bon fonctionnement du banc de test. Les premiers résultats nous montrent qu'il est possible de faire varier l'épaisseur de la paroi d'un tube. Cependant des essais plus exhaustifs seront nécessaires d'abord pour étudier en profondeur l'effet de différents paramètres sur le produit final mais aussi afin de mieux contrôler le procédé.

Ce présent ouvrage porte sur la conception d'un système récupérateur d'énergie vibratoire basé sur le phénomène magnétostrictif. Une analyse des différentes technologies de récupération vibratoire existantes est d'abord présentée et permet de démontrer le fort potentiel de la récupération énergétique par magnétostriction. Le phénomène magnétostrictif est alors décrit théoriquement et analytiquement par le biais des lois et courbes de comportement qui permettent ainsi d'extraire une zone comportementale efficace. Un générateur de récupération d'énergie vibratoire qui utilise les paramètres et limites de cette zone de comportement est ensuite conçu. Ce récupérateur est modélisé en circuit ouvert par Bond Graph et les résultats de la simulation sont validés par un modèle éléments finis via une analogie avec la piézoélectricité. Le modèle Bond Graph ainsi validé permet alors de simuler la récupération d'énergie au travers d'une charge électrique résistive qui simule la partie électrique du récupérateur. Un générateur réel est finalement conçu et usiné et ses performances expérimentales en circuit ouvert sont évaluées et comparées à celles obtenues par la modélisation. Les points d'opérations optimaux théoriques et pratiques sont différents, ces différences étant causées par une modélisation s'appuyant sur le régime statique. Malgré cela, le prototype expérimental de récupérateur magnétostrictif parvient à générer une puissance électrique moyenne d'environ 70 à 80 mW à une fréquence de 850 Hz. Ainsi, ce récupérateur est, à la connaissance de l'auteur, le premier générateur à magnétostriction à récupérer autant de puissance de manière autonome.

L'objectif de ce projet est d'effectuer la conception et la mise en opération de la nouvelle installation supersonique à haute température en cours de construction au centre de Recherche et développement pour la défense Canada -Valcartier (RDDC Valcartier). Les étapes ayant permis de mener ce projet à bien peuvent être divisées en deux catégories : design et expérimentations. La catégorie ± design ¿ regroupe les étapes de conception et d'usinage des divers éléments ayant été développés au cours de cette maîtrise. Une tuyère axisymétrique supersonique Mach 2.6 a été développée spécifiquement pour les essais de rodage de cette installation. Le design de la tuyère a requis le développement d'un code de calcul de son profil par la méthode des caractéristiques, quelques simulations numériques par mécanique des fluides numériques (MFN ou CFD en anglais), son usinage ainsi que son rodage sur l'installation. Les diverses techniques de mesures et de diagnostic choisies pour le rodage de l'installation ont également requis le design de quelques éléments. Combinant un râteau de tubes de Pitot, un coin de 10° de demi-angle et des prises de pressions statiques, une multisonde, a été conçue, validée sommairement par MFN, usinée, testée et améliorée. Les techniques de strioscopie ont quant à elles requis le design de supports de miroirs précis et stables, ainsi qu'un système de pont glissant pour la cellule d'essai. Quant à la catégorie expérimentation, elle regroupe tous les essais réalisés au cours de cette maîtrise. Certains des éléments, déjà en place à RDDC Valcartier au début de cette maîtrise, n'ont été mis en marche qu'au cours de cette maîtrise. Chaque élément conçu a été testé en phase de rodage. Cependant, pour des raisons de délais d'usinage, pratiquement chaque élément a été testé indépendamment des autres. Par exemple, les tests de pressions avec la multisonde n'ont pas pu être réalisés en même temps que les essais de strioscopie. Étant donné que certains éléments critiques de l'installation pour l'alimentation en air n'ont pas été reçus avant la fin de cette maîtrise, les conditions de design de la tuyère Mach 2.6 n'ont pu être atteintes. Combinant cela avec le fait que chaque élément a été testé indépendamment, il a été impossible d'effectuer un diagnostic valable de l'installation. Cependant, au final, la majorité des éléments de l'installation sont prêts pour leur utilisation. Certaines problématiques rencontrées lors de la mise en marche de l'installation ont trouvé des solutions, alors que d'autres doivent encore être trouvées. Le diagnostic final devra cependant attendre l'arrivée des derniers éléments.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / L'exploitation de l'énergie éolienne est à l'heure actuelle en pleine expansion et plusieurs sites exploités sont situés dans régions où les conditions climatiques hivernales sont extrêmes. Les données fournies par les anémomètres, qui sont indispensables au bon fonctionnement des éoliennes, sont souvent inutilisables à cause de la formation de glace sur les instruments. Le bureau de design du département de génie mécanique de l'université Laval s'est donc intéressé à la conception d'un nouvel anémomètre antiglace. L'objectif spécifique au présent travail était de développer un système de contrôle du chauffage de ce nouvel anémomètre anti-glace lui permettant de rester libre de glace tout en minimisant le chauffage nécessaire pour y parvenir. La conception d'une chambre de simulation des conditions climatiques s'est tout d'abord avérée nécessaire. Il s'agit d'une enceinte réfrigérée comprenant une section d'essai balayée par un écoulement d'air généré par un ventilateur. Un atomiseur d'eau situé à l'intérieur de l'enceinte permet de simuler les précipitations. En faisant varier les paramètres dans la chambre, comme la température, différents types de glace peuvent être formés. Par la suite, un algorithme de reconnaissance du type de glace sur les coupoles a été développé. Une image de l'anémomètre est prise en synchronisme avec le mouvement du rotor afin de visualiser les coupoles dans la même orientation sur chaque prise de vue. Cette image est ensuite traitée par un réseau de neurone qui détermine le type de glace présent sur les coupoles. Par la suite, un deuxième paramètre, soit la proportion de glace recouvrant les coupoles, est déterminé en fonction du type de glace reconnu. Finalement, les données fournies par le système de reconnaissance du type de glace sont utilisées pour le contrôle du chauffage de l'anémomètre. Le système comprend un contrôleur neuronique qui détermine la puissance à envoyer aux coupoles pour conserver l'instrument libre de glace. La décision est basée sur l'état de glace actuel ainsi que sur l'historique de l'état de glace ct du chauffage appliqué. L'un des avantages du contrôleur neuronique utilisé est la poursuite de la phase d'apprentissage en cours d'utilisation, permettant au réseau d'adapter sa réponse aux nouvelles situations rencontrées. Des essais comparatifs ont permis de conclure que le contrôleur développé permet une économie d'énergie moyenne de 40% par rapport à des contrôleurs traditionnels pour un comportement anti-glace équivalent.

Cette étude traite de la conception d'une électrode composite thermoformable à base de polymère pour le procédé de polissage par électroérosion dans l'air. L'électrode en question est constituée d'un mélange de polyethylene et de cuivre ou de graphite sous forme de poudre. Un mélange uniforme des différentes poudres à l'état solide est obtenu à l'aide d'un mélangeur à chambre rotative. L'électrode finale est consolidée par le procédé de moulage par compression Une étude des paramètres de moulage (température de moulage, de démoulage, force appliquée, temps de moulage et de démoulage), de l'utilisation de vibrations mécaniques (fréquence, amplitude et énergie) et des propriétés des matériaux (composition et proportion) est faite afin d'évaluer leur influence sur les propriétés de l'électrode. Les paramètres observés sont la porosité, l'homogénéité, le retrait radial, la résistivité électrique, ainsi que les performances en usinage de l'électrode résultante. Les résultats montrent que la proportion de poudre est le paramètre le plus influent sur toutes les propriétés de l'électrode. Son augmentation accroit notamment la porosité à partir d'un volume critique et diminue la résistivité électrique du composite. Les résultats démontrent également que l'augmentation de certains paramètres du procédé (force et température de moulage) permet d'améliorer les propriétés de l'électrode. Finalement, les essais d'usinage démontrent qu'une électrode composite s'use plus rapidement qu'une électrode commerciale en graphite. Elle permet cependant un taux d'enlèvement de matière plus grand et une amélioration du fini de surface plus significative de l'échantillon usiné par électroérosion (EDM) que pour une électrode commerciale.

Ce mémoire traite de la modélisation dynamique d'un véhicule avec remorque à six degrés de liberté en 3-D avec la méthode des réseaux virtuels. La complexité du système nécessite une modélisation en trois dimensions et la méthode des réseaux vectoriels permet de modéliser ce type de système multi-corps rigides avec précision. Le but général de ce projet consiste à générer les équations différentielles qui décrivent le mouvement du véhicule avec la remorque. Le premier objectif est de définir les étapes de modélisation avec une méthodologie précise. Les variables cinématiques sont ainsi définies en premier lieu et il est ensuite facile de générer les dérivées des vitesses à partir des variables de position. L'étape suivante consiste à calculer la matrice masse de notre système. Enfin, les forces cinétiques et les forces généralisées appliquées sur les systèmes multi-corps rigides sont générées directement à partir des variables calculées auparavant. Les équations différentielles obtenues décrivent ainsi le comportement d'un système véhicule-remorque.

L'exploration planétaire utilise des robots à roues depuis plusieurs années maintenant. Cependant, même si elles ont du succès, ces missions spatiales sont limitées à des terrains relativement plats et sédimentaires. Les zones explorées sont très intéressantes, mais elles le sont moins au point de vue de la recherche de traces potentielles de vie lorsqu'elles sont comparées à certains endroits plus risqués. Il est entendu que les agences spatiales ne peuvent prendre le risque d'envoyer des véhicules au coût important dans ces zones à la géologie peu commune. C'est pourquoi l'exploration spatiale évoluera peut-être vers l'utilisation de petits robots à faible coût assez agiles pour explorer ces terrains riches en informations géologiques. La recherche de vie sur Mars pour expliquer notre existence fait rêver. Les contraintes de cette mission sont cependant nombreuses puisque la planète n'est pas très hospitalière. Après avoir examiné plusieurs options, le Laboratoire de robotique de l'Université Laval a développé un petit robot marcheur inspiré des insectes. Ce mémoire décrit les étapes de design que la plateforme tout-terrain a franchies, soient l'analyse, la conception, la fabrication et l'expérimentation. Le système a traversé ce processus rigoureux avec succès, mais a toujours besoin d'améliorations. C'est là tout l'intérêt du projet, envoyer un robot parfaitement fonctionnel et autonome sur Mars pour parcourir aisément cette planète qui a tant de secrets à découvrir.

Dans ce mémoire est présentée l'étude expérimentale de l'écoulement dans une roue de turbine axiale de type hélice. Les performances de ces machines étant grandement influencées par le comportement de l'écoulement dans cette partie de la turbine, il est donc important de bien connaître les phénomènes hydrauliques qui y sont présents. Au cours de ce projet, afin de réaliser une campagne de mesures un système PIV stéréoscopique a été utilisé. La configuration du montage expérimental, la technique d'acquisition utilisée ainsi que les méthodes de traitement de données employées ont permis d'analyser l'écoulement moyen dans une section couvrant environs 20% de l'envergure d'un canal délimité par deux aubes consécutives de la roue. Les résultats ont permis d'analyser la relation entre les différentes composantes de la vitesse de l'écoulement, et ce, pour plusieurs points d'opération. De plus, deux écoulements secondaires qui ont été répertoriés dans la littérature ont été identifiés à l'intérieur de la zone de mesure. Le premier de ceux-ci est le tourbillon de coin de bord d'attaque qui est le plus intense des deux, et le second est le tourbillon relatif. Une comparaison entre les mesures expérimentales ainsi que des résultats issus de simulations numériques a aussi été réalisé, exhibant une bonne concordance entre les deux jeux de données, principalement au point de fonctionnement nominal.

Cette thèse de doctorat s'adresse tout particulièrement à deux groupes de personnes travaillant sur la cinématique des mécanismes parallèles : les ingénieurs mécaniciens et les géométriciens. À l'origine, ce travail devait être basé uniquement sur des concepts et des outils d'ingénierie. Cependant, à mi-parcours, il a été pertinent d'utiliser un aspect pratique de l'algèbre géométrique et, désormais, cette thèse se veut un judicieux mélange de ces deux approches. En effet, contrairement à ce qu'on trouve généralement dans la littérature, le travail présenté ici ne favorise pas une méthode par rapport à l'autre, mais vise plutôt à utiliser les synergies possibles entre les méthodes de l'ingénierie mécanique et de l'algèbre géométrique. En gardant comme étude de cas l'analyse cinématique de mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté, trois translations et deux rotations, cette thèse peut être considérée comme une ligne directrice de l'application de l'algèbre géométrique dans l'analyse cinématique de mécanismes parallèles. Le choix de ce cas s'est avéré heureux puisque les propriétés cinématiques de ce type d'architecture se sont révélées tout à fait remarquables. Dans cette optique, les chapitres 2 à 4 sont consacrés à l'adaptation des outils de l'algèbre géométrique à l'analyse cinématique des mécanismes parallèles. Ces chapitres gardent toujours en toile de fond l'étude des mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté. La contribution majeure du chapitre 2 est le développement d'une approche systématique pour la modélisation cinématique des mécanismes parallèles symétriques qui est appliquée par la suite dans le chapitre 3 aux mécanismes parallèles iii symétriques à cinq degrés de liberté. Cette application donne des résultats étonnants en ce qui a trait au nombre de solutions du problème géométrique direct : 1680 solutions finies et 208 solutions réelles pour une architecture donnée. Toutes ces solutions sont en termes de paramètres de Study, un espace projectif à sept dimensions. Au chapitre 4, la transformation entre cet espace à sept dimensions et celui à trois dimensions est introduite afin d'obtenir les coordonnées cartésiennes et les angles correspondants pour chaque solution. En outre, les propriétés cinématiques de premier ordre sont également étudiées dans ce chapitre afin d'avoir une meilleure compréhension du mécanisme. Le lecteur pourra ensuite suivre dans les chapitres 5 et 6 une étude cinématique basée sur l'espace à trois dimensions. La préoccupation principale du chapitre 5 est l'analyse constructive de l'espace atteignable par une approche géométrique. Un algorithme proposé dans la littérature pour trouver l'espace atteignable pour une orientation constante d'un mécanisme parallèle à six degrés de liberté est alors étendu aux mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté. Le modèle CAO de l'espace atteignable est également présenté. Les résultats de ce chapitre montrent que l'espace atteignable des mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté peut posséder une petite partie isolée. Le chapitre 6 complète quant à lui la réflexion engagée au chapitre 3 sur le problème géométrique direct. Ce problème est ainsi étudié pour des modèles simplifiés qui ont des solutions explicites ou une expression monovariable. Pour une conception quasi-générale, une expression monovariable de degré 220 est obtenue. Dans ce chapitre, nous dévions un peu de l'espace à trois dimensions pour celui à sept dimensions afin de valider et d'affiner les résultats obtenus, une approche qui peut être appliquée à d'autres cas. Le chapitre 7 est pour sa part consacré à l'analyse des singularités des mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté qui repose sur la géométrie grassmanni-enne. Ce chapitre couvre largement l'étude des configurations singulières des mécanismes parallèles symétriques à cinq degrés de liberté pour les architectures simplifiées proposées dans le chapitre 6. La contribution principale de ce chapitre est l'application de la géométrie grassmannienne aux mécanismes parallèles à mobilité réduite pour lesquels une ligne à l'infini est parmi les lignes de Plùcker. Enfin, le chapitre 8 conclut cette thèse en résumant les résultats obtenus dans les chapitres précédents. Il décrit également plusieurs travaux en cours et propose des sujets de travaux futurs pour une nouvelle orientation de la recherche.