Mes différentes activités de recherche qui s'insèrent dans une problématique axée autour du transport multi-échelle en milieu poreux sont détaillées ici au travers de 3 volets: (1) Influence des hétérogénéités sur les processus de transfert (2) Prise en compte des effets de couplage en transport réactif (3) Impact des processus biologiques sur l'hydrodynamique et le transport Un survol des défis qui restent à surmonter et des perspectives à venir de ce travail de recherche concluent le document.

Les systèmes modernes de télécommunication touchent un public de plus en plus large, ce qui induit inexorablement une utilisation intensive de la gamme hyperfréquence. Pour éviter la saturation des services disponibles, les spécifications concernant les systèmes sont de plus en plus exigeantes. Ces contraintes drastiques sont reportées sur les différents éléments et en particulier sur les filtres. C'est dans ce contexte que nous présentons une nouvelle technologie de réalisation de filtres, l'objectif étant d'améliorer les performances électriques des filtres sans renoncer à la facilité de réalisation des circuits. Ainsi, dans le premier chapitre, nous introduisons les deux techniques historiques de fabrication de filtres, les technologies planaire et volumique. Puis une association de ces deux technologies appelée Substrate Integrated Waveguide (SIW) est présentée. Elle consiste à créer des cavités enterrées à l'intérieur d'un substrat planaire. Dans le deuxième chapitre, nous proposons des améliorations concernant cette technique SIW, celles-ci concernent non seulement les topologies des résonateurs mais aussi les possibilités de couplages entre les résonateurs. Enfin, dans le troisième chapitre, nous présentons une nouvelle topologie de filtre basée sur une recombinaison entre éléments planaires et cavités intégrées. La synthèse de ce résonateur est aussi décrite dans cette partie. Les avantages de cette nouvelle topologie sont une conception aisée ainsi que des bonnes performances électriques.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale d'un jet en interaction avec un écoulement transverse de paroi (Jet In Cross-Flow, JICF). L'écoulement est monophasique et isotherme. Le ratio des vitesses (VR) de jet et d'écoulement est bas, et le jet est affleurant à la paroi, avec des géométries d'injection diverses : circulaires, elliptiques, rectangulaires, et chevrons. Cette étude a été réalisée en canal hydraulique à l'aide d'une méthode de vélocimétrie volumique optique (V3V) qui permet la mesure instantanée des 3 composantes du champ de vitesses, et l'ensemble du processus expérimental a été optimisé. La physique du JICF est analysée à l'aide des champs moyen et instantané, de statistiques et du suivi spatial de structure tourbillonnaire cohérentes. L'influence du VR sur la topologie d'écoulement est étudiée, et met en évidence l'existence d'une transition de soufflage à très bas ratios de vitesse. Nous étudions en détail les trajectoires et l'évolution des intensités tourbillonnaires des vortex composant le JICF, et un nouveau scaling de trajectoire est proposé. Les outils développés pour l'analyse du JICF rond ont été appliqués aux JICF non circulaires. La géométrie d'injection chevron conserve à la fois une intensité tourbillonnaire élevée et une trajectoire basse de jet, maximisant ainsi l'effet sur la couche limite. L'ensemble de ces résultats permettent une meilleure connaissance des jets transverses à bas VR, et seront très utiles pour la conception d'expériences de contrôle d'écoulement, en apportant des critères quantitatifs pour choisir les bons paramètres physiques et géométriques définissant les générateurs de vortex fluidiques.

Cette thèse concerne l'étude des interactions entre le plasma et la paroi d'un réacteur à fusion nucléaire de type tokamak. L'objectif est de proposer des méthodes de résolution des systèmes d'équations issus de modèles de plasma de bord. Nous nous sommes intéressés au traitement de deux difficultés qui apparaissent lors de la résolution numérique de ces modèles. La première difficulté est liée à la forme complexe de la paroi du tokamak. Pour cela, il a été choisi d'utiliser des méthodes de pénalisation volumique. Des tests numériques de plusieurs méthodes de pénalisation ont été réalisés sur un problème hyperbolique non linéaire avec un domaine 1D. Une de ces méthodes a été étendue à un système hyperbolique quasilinéaire avec bord non caractéristique et conditions aux limites maximales strictement dissipatives sur un domaine multidimensionnel : il est alors démontré que cette méthode de pénalisation ne génère pas de couche limite. La deuxième difficulté provient de la forte anisotropie du plasma, entre la direction parallèle aux lignes de champ magnétique et la direction radiale. Pour le potentiel électrique, cela se traduit par une résistivité parallèle très faible. Afin d'éviter les difficultés liées au fait que le problème devient mal posé quand la résistivité parallèle tend vers 0, nous avons utilisé des méthodes de type asymptotic-preserving (AP). Pour les problèmes non linéaires modélisant le potentiel électrique avec un domaine 1D et 2D, nous avons fait l'analyse théorique ainsi que des tests numériques pour deux méthodes AP. Des tests numériques sur le cas 1D ont permis une étude préliminaire du couplage entre les méthodes de pénalisation volumique et AP.

Introduction : L’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (EPRAC) est une option de traitement privilégiée chez les patients ayant atteint la maturité squelettique et présentant une déficience transverse du maxillaire. L’effet bénéfique de l’EPRAC sur la fonction respiratoire est régulièrement mentionné, toutefois, encore peu d’études ont évalué son impact sur les voies aériennes supérieures. L’objectif de cette étude clinique prospective comparative consistait à évaluer les effets tridimensionnels de l’EPRAC sur la cavité nasale, le nasopharynx et l’oropharynx à l’aide de la tomodensitométrie. Méthodologie : L’échantillon était constitué de 14 patients (5 hommes, 9 femmes) dont l’âge moyen était de 23,0 ± 1,9 ans (16 ans 4 mois à 39 ans 7 mois). Tous ont été traités avec un appareil d’expansion de type Hyrax collé et l’expansion moyenne a été de 9,82 mm (7,5 - 12,0 mm). Tous ont eu une période de contention d’une année avant le début de tout autre traitement orthodontique. Une évaluation par tomodensitométrie volumique à faisceau conique a été réalisée aux temps T0 (initial), T1 (6 mois post-expansion) et T2 (1an post-expansion) et le volume des fosses nasales, du nasopharynx et de l’oropharynx ainsi que les dimensions de la zone de constriction maximale de l’oropharynx ont été mesurés sur les volumes tridimensionnels obtenus. Résultats : Les résultats radiologiques ont démontré une augmentation significative du volume des fosses nasales et du nasopharynx ainsi qu’une augmentation de la zone de constriction maximale de l’oropharynx à 6 mois post-expansion. Par la suite, une portion du gain enregistré pour ces trois paramètres était perdue à un an post-EPRAC sans toutefois retourner aux valeurs initiales. Aucun effet significatif sur le volume de l’oropharynx n’a été observé. De plus, aucune corrélation significative entre la quantité d’expansion réalisée et l’ensemble des données radiologiques n’a été observée. L’analyse de la corrélation intra-classe a démontré une excellente fiabilité intra-examinateur. Conclusions : L’EPRAC entraîne un changement significatif du volume de la cavité nasale et du nasopharynx. L’EPRAC ne modifie pas le volume de l’oropharynx, par contre, un effet significatif sur la zone de constriction maximale de l’oropharynx est noté. Les effets observés n’ont pas de corrélation avec le montant d’activation de la vis d’expansion. / Introduction: Surgically assisted rapid palatal expansion (SARPE) is a treatment of choice for patients who have reached skeletal maturity and present a maxillary transverse deficiency. It is often mentioned that SARPE has the benefit to improve respiratory function, however, only a few research projects have investigated the effects of SARPE on the upper airways. The objective of this clinical prospective comparative study was to evaluate the three-dimensional effects of SARPE on the nasal cavity, the nasopharynx and the oropharynx using computed tomography. Materials and Methods: The sample consisted of 14 subjects (5 males, 9 females) whose mean age was 23.0 ± 1.9 years (range: 16 y. 4 mo. to 39 y. 7 mo.). All patients were treated using a bonded Hyrax expander and the mean expansion was 9.82 mm (7.5-12.0 mm). A one-year retention period was undertaken before the beginning of any other orthodontic treatment. A cone-beam computed tomography (CBCT) evaluation was performed at T0 (initial), T1 (6 months post-expansion) and T2 (1 year post-expansion), and then the nasal cavity, nasopharyngeal and oropharyngeal volumes and the oropharyngeal minimal cross-sectional area were measured on the three-dimensional volumes that were obtained. Results: Radiological results have demonstrated a significant increase of the nasal and nasopharyngeal volumes and also an increase of the oropharyngeal minimal cross-sectional area at 6 months post-expansion. At one year post-SARPE, for these three parameters, a part of the gain was lost but did not return to the initial values. No significant effect on oropharyngeal volume was found. No significant correlation between expansion screw activation and radiological parameters were noted. Intra-class correlation analysis showed excellent intra-examiner reliability. Conclusions: SARPE causes significant changes of the nasal cavity and nasopharyngeal volumes. SARPE does not modify the oropharyngeal volume, but induces significant changes of the oropharyngeal minimal cross-sectional area. The observed effects do not have a correlation with the amount of expansion screw activation.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ces travaux ont pour objectif l'identification et la compréhension de l'effet de la corrosion aqueuse sur la durée de vie en fatigue à grand nombre de cycles (HCF) d'un acier inoxydable martensitique utilisé dans des applications aéronautiques. Tout d'abord, l'effet géométrique des défauts de corrosion sur la limite de fatigue à 10^7 cycles à l'air a été étudié avec quatre tailles différentes de piqûres de corrosion. A partir de ces résultats, une nouvelle approche volumique non locale de modélisation numérique a été proposée pour prendre en compte une géométrie réelle d'un défaut de corrosion issu des analyses en microtomographie X. Ensuite, les phénomènes de couplage chargement cyclique/corrosion ont été identifiés par des essais de fatigue à grande durée de vie (entre 10^5 et 10^7 cycles) dans une solution aqueuse à 0,1 M NaCl (à pH = 6) pour deux rapports de charge (R = -1 et 0,1). Le comportement électrochimique du film passif a été étudié in situ au cours des essais de fatigue-corrosion par le suivi du potentiel libre de corrosion et des mesures d'impédance électrochimique. Les observations des mécanismes d'amorçage de fissures et des mesures électrochimiques in-situ ont permis d'identifier un scénario d'amorçage de fissures de fatigue. Ce scénario implique des processus de rupture locale du film passif (induite par le chargement cyclique) et de corrosion assistée par le chargement cyclique. Finalement un modèle analytiquede prévision de la durée de vie en fatigue dans un milieu aqueux corrosif a été proposé à partir des résultats expérimentaux.

Cette thèse consiste à mettre en place un dispositif scientifique expérimental BOS3D (Background Oriented Schlieren 3D) à l'ONERA permettant la reconstruction du champ de masse volumique instantané d'un écoulement ainsi qu'à développer un algorithme robuste de reconstruction permettant une mise à disposition rapide des résultats considérant un nombre faible de points de vue. Dans un premier temps, nous avons développé un algorithme de reconstruction BOS3D applicable à toutes les configurations expérimentales. Pour cela, le problème direct, c'est-à-dire l'équation de la déviation des rayons lumineux à travers un milieu d'indice optique non homogène, a été reformulé sous forme algébrique. Un critère régularisé permettant la prise en compte explicite du bruit associé à l'expérimentation a ensuite été défini. Cette formulation ainsi que les équations issues des méthodes d'optimisation nécessaires à la minimisation du critère ont été parallélisées pour permettre une implantation sur GPU. Cet algorithme a ensuite été testé sur des cas de références issus de calcul numérique afin de vérifier si le champ reconstruit par l'algorithme était en accord avec celui fourni. Dans ce cadre, nous avons développé un outil permettant de simuler une BOS3D virtuelle afin d'obtenir les champs de déviation associés aux écoulements numériques. Ces champs de déviation ont ensuite été fournis comme entrée au code de reconstruction et nous ont permis d'étudier la sensibilité de notre algorithme à de nombreux paramètres tels que le bruit sur les données, la discrétisation du maillage, le type de régularisation et le positionnement des caméras. En parallèle de l'étude de la méthode de reconstruction par simulation, nous avons acquis de l'expérience sur la mise en œuvre effective de la mesure BOS dans des installations expérimentales, en participant à plusieurs campagnes d'essais. Cela nous a permis de contribuer à la conception et à la réalisation de bancs de mesures dédiés à la technique BOS. Le principal résultat de ce travail est la réalisation du banc de mesure BOS3D du DMAE, qui permet d'accéder à la reconstruction de champs de masse volumique instantanés. Ces développements expérimentaux nous autorisent finalement à obtenir des reconstructions 3D de champs de masse volumiques moyens et instantanés sur données réelles. De plus, l'analyse du comportement de la méthode numérique BOS3D est proposée en fonction de la nature des écoulements observés et de la configuration d'acquisition.

Cette recherche s'inscrit dans le cadre général du contrôle de qualité des processus utilisés en production minière, tels que le tir à l'explosif, le broyage et le concassage. Elle s'intéresse plus particulièrement à la quantification par traitement d'images de la granulométrie des roches fragmentées. Globalement, les développements menés portent sur l'amélioration des deux étapes les plus déterminantes de la mesure : l'extraction des contours des fragments de roches dans l'image (2D) et la reconstruction de la courbe granulométrique en volume (étape de stéréologie, 3D). Actuellement, le tamisage (ou plus généralement le criblage) est le moyen le plus utilisé pour la mesure de la granulométrie des roches fragmentées. Il constitue la référence actuelle de la mesure. En conséquence, toute mesure établie par traitement d'images sera validée sur la base des résultats du tamisage. En ce qui concerne l'étape d'extraction des contours des fragments, le problème majeur qui se pose est celui du filtrage correct du bruit présent dans l'image. Dans un premier temps, de nouveaux outils de filtrage, basés sur les transformations morphologiques résiduelles, assez puissants et adaptés au cas des images de fragments de roches sont introduits et évalués. Dans un second temps, les surfaces des fragments sont extraites grâce une segmentation de l'image, basée sur une ligne de partage des eaux contrôlée par les marqueurs extraits des filtrages. La robustesse et l'automatisation de la démarche sont validées sur plusieurs cas d'images de fragments de roches. Le second problème abordé dans cette recherche est celui de la reconstruction de la courbe granulométrique en volume à partir des surfaces extraites par traitement d'images. Afin d'éviter l'occurrence de nombreux biais liés à cette étape, nous proposons un découpage en deux sous-problèmes, et ce, en fonction de la disposition des matériaux analysés (tas abattu, camion, convoyeur à bande) : - dans le cas de faible recouvrement et chevauchement : un modèle expérimental de reconstruction volumique mettant en jeu les données des refus matériels (surface et volumes), et basé d'emblée sur les résultats de référence est développé. Les deux lois des tailles et des épaisseurs (lois de reconstruction) permettant d'attribuer une taille et un volume aux surfaces sont validées expérimentalement. - dans le cas complexe de présence de masquage entre fragments : nous commençons par émettre des hypothèses essentielles à l'adaptation de la théorie des modèles de structures aléatoires à notre cas de fragments de roches. L'analyse des limites d'une application directe du modèle aléatoire de feuilles mortes (hypothèse du schéma booléen) nous a amené à élaborer une nouvelle méthode d'acquisition basée sur une incidence à éclairement variable. S'inspirant de la technique du «shape-from-shading», elle permet d'obtenir une information supplémentaire sur le recouvrement (ombre portée entre fragments) pour l'application de la statistique des grains intacts. Enfin, les résultats obtenus dans cette recherche pour les fragments en vrac mais aussi pour d'autres types d'images d'éléments granulaires, nous ont permis d'envisager d'ores et déjà une valorisation aussi bien auprès de l'industrie minérale et aussi dans d'autres domaines tels que l'agroalimentaire, pharmaceutique, cimenteries,...

Dans un objectif de réduction des consommations énergétiques et des impacts environnementaux, la pompe à chaleur (PAC) s'est imposée comme une alternative aux systèmes à combustion fossile pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire dans les secteurs résidentiel et tertiaire. Les industriels ne cessent de chercher à accroitre la performance énergétique des pompes à chaleur. Toutefois, un phénomène encore mal maitrisé limite les progrès : le givrage. En effet, dans certaines conditions de température et d'humidité de l'air extérieur, du givre peut se former sur la surface de l'évaporateur de la PAC, provoquant ainsi une chute de performance. En France, près de 98 % des PAC du marché utilisent l'air extérieur comme source de chaleur et sont donc exposées à ce phénomène. Malgré des logiques de dégivrage de plus en plus sophistiquées mises en œuvre par les industriels, le fonctionnement cyclique givrage/dégivrage réduit fortement les performances des PAC. Pour optimiser les méthodes de dégivrage, il est nécessaire de comprendre en amont, les mécanismes d'apparition et de croissance du givre. Ce travail de thèse propose ainsi d'étudier la formation et le développement du givre sur une plaque plane refroidie. Une étude approfondie de la bibliographie a permis d'établir des bases de données regroupant des points expérimentaux de l'épaisseur et de la masse volumique du givre. Des modèles et corrélations de formation du givre disponibles dans la littérature ont été reproduits et appliqués à ces bases de données afin d'évaluer la capacité de prédiction de chacun de ces modèles. Les plus performants ont ainsi pu être identifiés. En parallèle, un banc d'essais a été conçu pour observer la formation et la croissance du givre sur une plaque plane. L'étude de sensibilité menée sur la température de l'air, la température de la plaque froide, la vitesse de l'air et l'humidité relative a permis d'évaluer l'impact de ces paramètres sur la formation du givre, et plus particulièrement sur trois de ses propriétés : l'épaisseur, la masse volumique et la conductivité thermique. L'humidité relative et la température de la plaque froide ont été identifiées comme les paramètres prépondérants. Un des résultats importants de ce travail a été de mettre en évidence le rôle de la structure du givre sur ses propriétés (masse volumique et conductivité). Les points expérimentaux obtenus sur le banc d'essais ont été comparés aux résultats issus des modèles de la littérature. Les méthodes de prédiction identifiées comme satisfaisantes dans la partie bibliographique de cette thèse ont fourni des résultats similaires d'un point de vue statistique. Des perspectives de travail ont également été proposées. / In the energy consumption and environmental impact reduction goal, heat pumps emerged as an alternative to fossil fuel systems for space heating and hot water production in residential and tertiary sectors. Manufacturers still try to improve energy performance of heat pumps. However, a non-controlled phenomenon is limiting progress: frosting. Indeed, in some outdoor air temperature and relative humidity conditions, frost can form on the heat pump evaporator surface, leading to performance reduction. On the French market, almost 98 % of the heat pumps are using outdoor air as heat source and are thus affected. Despite more and more sophisticated defrosting strategies, the frosting/defrosting cyclic operation strongly reduces heat pump performance. For optimizing defrosting strategies, there is a need understanding frost appearance and growth mechanisms. This PhD work thus proposes to study frost formation and development on a cold plane plate. An in-depth bibliography study helped establishing databases gathering experimental points on frost thickness and frost density. Models and correlations of frost formation available in the literature have been reproduced and applied to the databases in order to evaluate their prediction capacity. The most performing models have been identified. Meanwhile, an experimental bench allowing visualization of frost formation and development on a cold plane plate has been set up. The sensitivity analysis on air temperature, cold plate temperature, air velocity and relative humidity allowed an evaluation of these parameters impact on frost formation, and more particularly on three of its properties thickness, density and thermal conductivity. Relative humidity and cold plate temperature have been identified as the leading parameters. One of the main results of this work was to highlight the frost crystal structure role on properties (i.e. density and thermal conductivity). Experimental data points obtained with the test bench have been compared to the results provided by literature models. Predictive methods identified as satisfying in the bibliography study gave similar results (from a statistical point of view). Perspectives for future work have also been proposed.