Pour répondre au besoin des clients ainsi qu’aux réglementations gouvernementales, les constructeurs de camions doivent diminuer la consommation et les émissions de leurs véhicules. Une solution-clé est d’améliorer le rendement de la transmission du camion, dont le pont fait partie. Leur design n’a longtemps été optimisé qu’en fonction de critères de durabilité et de bruit. L’objectif de ce travail est donc de caractériser le rendement des ponts de camion. La dissipation de puissance au sein du pont est causée par l’engrènement, les roulements, les joints et le barbotage. Des méthodes permettent d’estimer globalement ces pertes de puissance, mais elles ne sont pas forcément adaptées aux ponts. En effet, l’élément principal du pont est un engrenage spiro-conique ou hypoïde et son importance est étudiée : sa forme influe sur le barbotage, tandis que sa géométrie de denture et sa cinématique gouvernent le frottement à l’engrènement. Il semble ainsi important d’évaluer le frottement de ces couples coniques par une approche locale et d’étudier l’influence des paramètres de denture. Cependant, les pertes de puissance dépendent de la température, via les propriétés de l’huile. Des expériences montrent un important écart de température entre les composants. Il faut donc considérer des températures locales plutôt qu’une température d’huile globale. Le rendement et la durabilité peuvent être impactés par des points chauds. La méthode des réseaux thermiques permet de modéliser les échanges thermiques du pont ainsi que la distribution de températures. Les tests classiques de rendement mesurent uniquement la perte globale et la température d’huile : rien ne permet de confirmer la répartition des pertes entre sources. Une campagne d’essais avec mesures de température est donc réalisée et valide le modèle pour le calcul des températures locales et pour l’estimation des pertes de chaque composant. Ce modèle peut alors être utilisé lors du design de futurs ponts. / To fulfil customer demands, but also government regulations, the truck industry must decrease the fuel consumption and emissions of its vehicles. A key development is to improve the efficiency of the powertrain, which includes the axle. Until recently, optimisation of axle design has mainly concerned durability and noise aspects. The aim of this study is then to characterise the efficiency of truck axles. As for most of the mechanical transmissions, power dissipation in axles is due to gear mesh, rolling element bearings, seals and oil churning. Formulae already exist to estimate these power losses at a global level, but they are not always adapted to axles. Indeed, the main component of axles is a spiral bevel or a hypoid gear set. The influence of these special gears on efficiency is investigated here: their shape drives oil churning losses, while their tooth geometry and their kinematics impact friction at gear mesh. Therefore, the meshing friction of the gear set is also evaluated thanks to a local approach. The influence of some gear parameters is studied. However, power losses are influenced by temperature through oil viscosity. As previous experiments underline non-negligible temperature difference between components, it is necessary to consider local temperatures instead of a global oil temperature. Efficiency but also durability can be impacted by local hot spots. The thermal network method is used to model the thermal exchanges inside and outside the axle and to calculate temperature distribution. Usual efficiency tests on axles measure only global power loss and oil temperature: no evidence allows to confirm a power loss breakdown. Thus, a test campaign with temperature measurements is done and validates the model on local temperature calculation but also on estimation of component power losses. The model can be used at design stage for future development of axles.

Le procédé Resin Transfer Molding est une technologie de fabrication de pièces en matériaux composites. Une compréhension et une modélisation des phénomènes physiques qui interviennent dans certaines étapes de la fabrication apportent une contribution importante à la maîtrise de ce procédé. Les travaux abordés dans cette étude se situent dans le cadre d'un programme plus général visant le contrôle et le pilotage du RTM. Tout d'abord, une caractérisation de la perméabilité des renforts dans la direction perpendiculaire aux plis va compléter les résultats obtenus dans des études préalables sur les perméabilités planes. Ensuite, nous étudierons de près les transferts thermiques durant l'injection et la cuisson. Pour cela, plusieurs étapes sont nécessaires: caractérisation des propriétés thermiques (avec notamment le développement d'un montage destiné à mesurer les conductivités thermiques dans le plan des fibres), étude théorique et étude expérimentale à l'aide d'un moule instrumenté. Des simulations numériques permettront alors de valider les modèles développés. Ces travaux devront ensuite servir de base à l'amélioration du logiciel de simulation LCMFLOT. Enfin, une première étape vers l'optimisation du remplissage a été réalisée afin de pouvoir piloter les machines d'injection en imposant une vitesse d'imprégnation constante pendant le remplissage. Cette optimisation est basée sur l'exploitation des résultats de simulation.

La valorisation des rejets thermiques de basse température par conversion en électricité est un moyen efficace pour diminuer la consommation électrique externe et augmenter l'efficacité énergétique des industries. Les technologies actuelles utilisent les cycles de Rankine organiques qui comportent des limitations importantes. Le cycle transcritique utilisant le dioxyde de carbone comme fluide moteur est un candidat potentiellement intéressant pour une récupération plus efficace de l'énergie thermique rejetée par les industries. Peu d'études ont été réalisées jusqu'à maintenant sur ce cycle et les quelques existantes ne considèrent que l'aspect énergétique. Le présent projet propose une étude beaucoup plus complète du cycle transcritique au dioxyde de carbone et le développement d'une méthodologie permettant la comparaison avec d'autres cycles et d'autres fluides pour l'étude de différents rejets thermiques. L'étude proposée est divisée en cinq étapes. Premièrement, l'étude énergétique interne se penche sur la thermodynamique du cycle pour déterminer le rendement thermique et la puissance spécifique. Deuxièmement, l'étude exergétique permet de calculer le rendement de la deuxième loi de la thermodynamique ainsi que les irréversibilités présentes dans les différentes composantes. Troisièmement, l'étude en dimensions finies des échangeurs fournit les profils de température ainsi que le UA (produit de la surface et du coefficient d'échange de chaleur global) de chaque échangeur. Quatrièmement, l'étude des surfaces permet d'obtenir les surfaces des échangeurs. Finalement, une étude économique simple est réalisée de manière à obtenir une approximation du coût d'installation du cycle. Une comparaison des conditions d'optimisation de chaque étape est ensuite réalisée. Les résultats ont montré qu'il est nécessaire de se rendre à l'étude économique pour le choix des paramètres. En effet, ce ne sons: pas les mêmes conditions qui optimisent le rendement énergétique, le rendement exergétique, les UA, les surfaces et les coûts. Un choix erroné peut ainsi être réalisé si certaines de ces études sont omises. De plus, en comparant différents fluides, il est possible que le choix du fluide ne soit pas le même selon l'étude réalisée.La méthodologie développée représente donc un outil très intéressant permettant le choix du fluide ainsi que des paramètres d'optimisation en fonction des propriétés des rejets thermiques.

La récupération et la valorisation des rejets thermiques industriels à basse température et leur conversion en électricité constituent un moyen efficace pour la diminution de la consommation énergétique et l'augmentation de l'efficacité énergétique industrielle. Parmi les technologies actuelles et potentiellement utilisées pour la valorisation de l'énergie thermique rejetée par les différents secteurs industriels, on cite les cycles de Rankine utilisant des fluides de travail organiques. La plupart des études qui ont été faites sur ces derniers ne considèrent que l'aspect de l'analyse énergétique interne. Ce projet propose une étude détaillée d'une configuration de cycle de Rankine sans régénérateur et présente une méthodologie permettant la comparaison de cinq fluides de travail (R134a, R123, R141b, NH[indice inférieur 3] et H[indice inférieur 2]O). Ainsi, plusieurs études sont présentées dans ce projet. La première utilise la première loi de la thermodynamique et l'analyse énergétique interne permettant la détermination du rendement thermique et le travail spécifique du cycle. La deuxième considère l'analyse exergétique qui détermine le rendement de la deuxième loi ainsi que les irréversibilités présentes dans chaque composant du cycle. La troisième analyse se penche sur l'optimisation du cycle et la détermination de la plage de la pression d'évaporation. Cela consiste à minimiser la conductance thermique totale des échangeurs thermiques et maximiser la puissance nette du cycle. Il s'en suit une analyse permettant le dimensionnement de la turbine. Dans ce contexte, le paramètre de la taille de la turbine ainsi que le rapport des débits volumiques à l'entrée et à la sortie de la turbine pour chaque fluide de travail sont déterminés. Des valeurs optimales de ces paramètres sont ensuite obtenues dans les conditions qui minimisent la conductance thermique totale des échangeurs de chaleur. De plus, une autre analyse permet la critique des résultats apparus dans une récente publication et prouve l'efficacité du modèle implémenté dans ce projet de recherche. Finalement, une analyse a été réalisée pour obtenir des corrélations généralisées aux conditions de la puissance nette maximale. Les résultats obtenus ont montré la nécessité d'une étude économique qui se base sur le calcul des surfaces d'échange et les coûts d'installation du cycle.

Le sujet de cette thèse est d'étudier la récupération de chaleur à basse température (70 à 100 [degrés]C) avec une machine à absorption monoétagée utilisant le couple ammoniac/eau pour une nouvelle application, la réfrigération. Afin de mieux comprendre le fonctionnement des machines à absorption commerciale, et pour valider le modèle numérique, des tests en climatisation sont également présentés. Dans un premier temps, une revue de la littérature est effectuée afin d'identifier les différents cycles ainsi que les fluides utilisés dans le domaine des machines à absorption et des transformateurs thermiques. Une revue de la littérature sur les propriétés thermodynamiques et thermophysiques des mélanges ammoniac/eau est présentée. Une comparaison entre deux corrélations représentant les propriétés thermodynamiques des mélanges ammoniac/eau est effectuée dans le but de choisir celle utilisée dans les différents modèles numériques. La résolution des équations donnant les propriétés thermodynamiques des solutions d'ammoniac/eau est effectuée, et a mené à l'amélioration de la convergence par rapport au logiciel REFPROP (NIST (2007)). La modélisation d'une machine à absorption a été développée et validée avec les mesures effectuées sur un banc d'essai. Ce modèle numérique tient compte des spécificités du banc d'essai (désorbeur en thermosiphon, caractéristiques des échangeurs de chaleur, cycle thermodynamique).Le changement de phase d'une vapeur binaire d'ammoniac/eau dans le condenseur, le transfert massique et thermique dans l'absorbeur et l'évaporation d'un fluide binaire dans le désorbeur (thermosiphon) sont des éléments qui rendent ce modèle numérique complexe et innovateur. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et théoriques, pour différentes conditions de fonctionnement, est présentée. Des oscillations de la puissance frigorifique et du COP liées à la régulation de la vanne de détente ont été mises en évidence. De plus, une mauvaise gestion du réfrigérant dans la bouteille accumulatrice lorsque la machine à absorption sort des plages de design est la cause d'une évaporation partielle dans l'évaporateur entraînant une diminution des performances de l'équipement. Une des limites à l'utilisation de ces équipements dans l'industrie serait donc les fluctuations de température de la source froide. L'influence de la température des rejets thermiques et de celle des besoins frigorifiques sur le COP est présentée. Les modélisations et les tests expérimentaux mettent en évidence qu'il est possible de récupérer des rejets thermiques de basse température pour des applications de réfrigération. Il faut noter que ce type d'application est intéressant du fait de la gratuité des rejets thermiques. Finalement, une optimisation en temps fini couplée à une analyse exergétique, faisant appel à un modèle simplifié d'une machine à absorption ainsi qu'aux deux premiers principes de la thermodynamique, est effectuée. Cette étude a permis d'obtenir trois optimums de fonctionnement, à savoir, la minimisation des surfaces d'échange, la maximisation du rendement exergétique et la minimisation du coefficient d'irréversibilité interne.

Notre objectif est de développer des outils permettant une meilleure compréhension du procédé de soufflage de gaines multicouches. Afin de mieux comprendre le procédé, une campagne expérimentale a été réalisée afin d¤identifier l¤effet des conditions opératoires sur l¤évolution du rayon, de la biréfringence et de la température de gaines monocouches et multicouches. Il a été possible de constater que l¤agencement des différentes couches affectait peu le gonflement et les contraintes à l¤intérieur du film. Un modèle thermomécanique permettant de décrire le soufflage de gaine multicouche a été développé. Par la suite une étude de sensibilité a été réalisée. Nous avons constaté que, dans certaines conditions, il était possible que les films multicouches gonflent plus rapidement que les films monocouches. Les résultats de calcul permettent de reproduire adéquatement l¤évolution du rayon, de la température et des contraintes survenant lors de la production de gaines monocouches et multicouches.

Dans de nombreux assemblages de matériaux soumis à un chargement thermo-mécanique lors de l'élaboration ou en service, des contraintes résiduelles thermiques apparaissent, qui modifient les conditions d'amorçage des fissures. Si de plus l'un des composants a un comportement plastique, des déformations résiduelles plastiques peuvent à leur tour jouer un rôle. <br />En mécanique de la rupture fragile, une des difficultés majeures concerne la prédiction de l'amorçage de fissures en l'absence de défaut initial. Leguillon a proposé un critère d'amorçage combinant une condition énergétique de type Griffith et une condition de contrainte maximum. La mise en oeuvre du critère fait intervenir les développements asymptotiques raccordés et la théorie des singularités. La bonne corrélation du modèle avec des mesures expérimentales pour les matériaux homogènes isotropes sous chargement mécanique pur a conduit à envisager l'extension du critère afin de prendre en compte des contraintes résiduelles. <br />La comparaison du critère modifié avec des mesures expérimentales sur un assemblage aluminium/époxyde sous chargement thermo-mécanique se révèle satisfaisante quant à la prédiction de la rupture de l'interface entre les composants. Elle permet également de mettre en évidence, par inversion, une méthode d'identification des paramètres de rupture de cette interface. Le critère modifié est appliqué également à l'analyse de la décohésion tuile/structure dans les aiguilles formant le limiteur du tokamak Tore Supra. En effet, des contraintes résiduelles d'origine thermique et plastique apparaissent dans la partie métallique des tuiles de protection.

Les folates sont des vitamines hydrosolubles, impliqués dans la limitation d'apparition de pathologiestelles que les anomalies de fermeture du tube neural. L'homme est dépendant de son alimentation pourcouvrir ses besoins en folates. Les légumes sont une des sources importantes de folates. Dans un mêmetemps, les légumes verts sont principalement consommés à partir de produits transformés, cuits,surgelés ou appertisés. Il est donc important de maitriser les paramètres de la transformation afin depréserver au mieux les teneurs finales en folates. L'objectif de ce travail a donc été d'identifier l'impactdu procédé de transformation (industriel et domestique) sur la perte en folates. Deux procédésindustriels ont été étudiés : la surgélation des épinards et l'appertisation des haricots verts, lestraitements domestiques ont consisté en la cuisson de légume dans de l'eau à ébullition ou à la vapeur.Les traitements thermiques (blanchiment et cuisson vapeur) n'induisent pas de diminutionssignificatives de la concentration en folates. En revanche, des pertes sont observées lorsque les légumessont en contact étroit avec l'eau. Cette étude a permis de mettre à jour deux mécanismes de perte, ladiffusion et la dégradation thermique. La diffusion des folates a été étudiée à l'échelle du laboratoire, lesconstantes de diffusion des folates ont été déterminées. La diffusion est largement influencée par lamatrice elle-même, plus que par la température ou le pH. La part de la dégradation thermique, etnotamment l'oxydation, ne peut être exclue au cours de la diffusion. C'est pourquoi des cinétiques dedégradation ont été réalisées à différentes température et différentes teneurs en oxygène, à partir depurées d'épinards et de haricots verts ainsi que sur des solutions modèles. L'oxygène joue un rôleimportant dans la dégradation chimique, notamment dans les solutions modèle. Les matrices végétalesconstituraient donc une barrière à l'oxydation des folates. Les folates sont globalement assez bienconservés au cours du procédé de transformation. Une des pistes de recherche qui prendrait un sens dansla continuité de ce travail serait l'étude de l'impact des procédés de transformation sur labioaccessibilité des folates

La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à remplir les poumons d'un liquide perfluorocarbone (PFC). Un respirateur liquidien assure la ventilation par un renouvellement cyclique de volume courant de PFC oxygéné et à température contrôlée. Ayant une capacité thermique volumique 1665 fois plus élevée que l'air, le poumon rempli de PFC devient un échangeur de chaleur performant avec la circulation pulmonaire. La température du PFC inspiré permet ainsi de contrôler la température artérielle, et par le fait même, le refroidissement des organes et des tissus. Des résultats récents d'expérimentations animales sur petits animaux ont démontré que le refroidissement ultra-rapide par VLT hypothermisante (VLTh) avait d'importants effets neuroprotecteurs et cardioprotecteurs. Induire rapidement et efficacement une hypothermie chez un patient par VLTh est une technique émergente qui suscite de grands espoirs thérapeutiques. Par contre, aucun dispositif approuvé pour la clinique n'est disponible et aucun résultat de VLTh sur humain n'est encore disponible. Le problème se situe dans le fait de contrôler la température du PFC inspiré de façon optimale pour induire une hypothermie chez l'humain tout en s'assurant que la température cardiaque reste supérieure à 30 °C pour éviter tout risque d'arythmie. Cette thèse présente le développement d'un modèle thermique paramétrique d'un sujet en VLTh complètement lié à la physiologie. Aux fins de validation du modèle sur des ovins pédiatriques et adultes, le prototype de respirateur liquidien Inolivent pour nouveau-né a dû être reconçu et adapté pour ventiler de plus gros animaux. Pour arriver à contrôler de façon optimale la température du PFC inspiré, un algorithme de commande optimale sous-contraintes a été développé. Après la validation du modèle thermique du nouveau-né à l'adulte par expérimentations animales, celui-ci a été projeté à l'humain. Afin de réduire le temps de calcul, un passage du modèle thermique en temps continu vers un modèle discret cycle-par-cycle a été effectué. À l'aide de la commande optimale et du développement numérique d'un profil de ventilation liquidienne chez des patients humains, des simulations d'induction d'hypothermie par VLTh ont pu être réalisées. La validation expérimentale du modèle thermique sur ovins nouveau-nés (5 kg), juvéniles (22 kg) et adultes (61 kg) a montré que celui-ci permettait de prédire les températures artérielles systémiques, du retour veineux et rectales. La projection à l'humain a permis de démontrer qu'il est possible de contrôler la température du PFC de façon optimale en boucle ouverte si le débit cardiaque et le volume mort thermique sont connus. S'ils ne peuvent être mesurés, la commande optimale pour le pire cas peut être calculée rendant l'induction d'hypothermie par VLTh sécuritaire pour tous les patients, mais diminuant quelque peu les vitesses de refroidissement.

La cotation fonctionnelle doit garantir la montabilité et le bon fonctionnement d'un mécanisme en imposant les spécifications fonctionnelles à respecter sur les pièces. Ces spécifications sont exprimées avec les normes ISO de cotation et doivent être vérifiées à 20°C. Pour les mécanismes soumis à de fortes températures, il est nécessaire de cumuler l'influence des tolérances et des dilatations aux différents régimes thermiques. Après avoir formulé des hypothèses de comportement dans les liaisons avec contact ou avec jeux affectés par les déformations thermiques et l'influence des incertitudes sur les températures, la méthodologie proposée permet de séparer le calcul thermique et le tolérancement. Le bureau de calcul thermique détermine les champs de température et les déplacements des mailles par la méthode des éléments finis à partir des modèles nominaux des pièces. Le cumul des tolérances et des dilatations est basé sur la méthode des droites d'analyse. Pour chaque exigence, la surface terminale est discrétisée en différents points d'analyse. Dans chaque jonction, les relations de transfert déterminent les points de contact et l'influence des dilatations et des écarts thermiques en ces points sur l'exigence. Une application à un mécanisme industriel démontre l'intérêt d'optimiser les dimensions nominales des modèles afin de maximiser les tolérances tout en respectant l'ensemble des exigences. / Functional dimensioning should guarantee assembly feasibility and proper functioning of a mechanism giving functional specifications on parts to be met. Those specifications are defined with ISO standard and may be considered at 20°C. For high heated mechanisms, impacts of tolerances and thermal expansion for all thermal stages have to be combined. After giving behavior assumption into links with clearance or not while considering thermal expansion and uncertainty of temperature, the proposed method makes it possible to separate thermal calculations and tolerancing. Thermal calculations office determines temperature field and displacements from nominal parts by finite elements method. Integration of tolerancing and thermal expansion is based on analysis direction method. For each requirement, final surface is discretized in various points. In every link, transfer relations determine contact points and impact of thermal expansion on these analysis points on the requirement. A study case shows the interest of nominal dimension optimization in order to maximize tolerances while respecting all mechanism requirements.