Dynamique et contrôle actif avec délai de la dynamique des structures mécaniques à potentiel φ6 monostable non borné, tel est le thème de ce travail qui se veut être une contribution à l'étude du contrôle de la dynamique des structures mécaniques régis par le potentiel φ6 monostable catastrophique. Le renchérissement actif de la structure consiste à utiliser le control actif pour modifier le mouvement de la structure. Nous présentons au chapitre I des systèmes physiques pouvant être modélisés par le modèle potentiel φ6 monostable catastrophique. Nous établissons que, les systèmes suivants : pendule inversé, poutres articulées aux deux extrémités, poutre élastique libre à une extrémité et fixée à l'autre, sont décrits par une équation identique à celle d'une particule se mouvant dans un potentiel φ6 monostable catastrophique. La condition du saut de puits de potentiel est obtenue de même que le critère d'apparition du chaos du fer à cheval, en utilisant la théorie de Melnikov. La simulation numérique de l'équation originale est faite pour compléter les analyses et les métamorphoses du bassin d'attraction sont observées. Le chapitre II est consacré au contrôle par sandwich et avec absorbeur piézoélectrique de la dynamique des structures mécaniques tel que présentés au chapitre I. Nous considérons dans le cas du contrôle par sandwich une stratégie consistant à coupler la structure non-linéare à une autre linéaire, la structure linéaire ici servant d'élément de contrôle utilisé pour réduire l'amplitude des vibrations de la structure non-linéaire. L'effet des paramètres de contrôle sur la dynamique du système sont analysés et la condition d'efficience du contrôle est obtenue. Nous obtenons approximativement le critère d'apparition du chaos dans le modèle contrôlé et l'effet des paramètres de gain de contrôle est analysé. Au chapitre III, nous considérons l'effet du retard entre la détection du mouvement de la structure et l'action restitué du système de contrôle. La stabilité du système sous contrôle est étudiée en utilisant le concept de Lyapunov et la méthode de subdivision du domaine. L'effet du délai sur la force critique conduisant à la réduction d'amplitude ou au saut du puits de potentiel est obtenu analytiquement et vérifié numériquement. L'effet de la stratégie de contrôle et du retard sur l'apparition du chaos de Melnikov est présenté. Notre étude s'achève par une conclusion générale résumant les résultats importants obtenus et faisant état de quelques problèmes rencontrés au cours de l'étude, puis de quelques perspectives en rapport avec le travail effectué.

Le contrôle semi-actif est un domaine de recherche en plein essor vu qu'il joint la stabilité des systèmes contrôlés passivement à la possibilité de contrôle en temps réel permise par les stratégies actives. Dans cette thèse on s'intéresse à un assemblage de poutres modélisées sous l'hypothèse de linéarité et représentant un modèle de pont à hauban en cours de construction. Cette structure a été contrôlée précédemment par un dispositif formé d'un pendule à masse accordée couplé à un alternateur et à une résistance électrique sous l'hypothèse de petites rotations du pendule. Dans cette thèse on a pour objectif de rendre robuste cet actionneur pour les grandes rotations du pendule. Afin d'y parvenir le travail effectué peut être divisé en quatre points: Tout d'abord, une étude paramétrique est effectuée afin de mieux comprendre le comportement de l'actionneur en grandes rotations du pendule. Cette étude a permis d'identifier la dépendance du contrôle aux variables et aux paramètres du système. Puis une étude du contrôle passif du système non linéaire virtuel est effectuée et une loi basée sur le contrôle par séquencement de gain est définie et appliquée à la structure. Ces deux lois montrent la nécessité de la conception d'un contrôle en temps réel. Ensuite, on définit des lois semi-actives dans l'esprit de la poursuite d'un modèle de référence pour les deux systèmes pendule seul et pont-pendule. Leurs limites et leurs apports sont établis. Enfin par une stratégie de poursuite on conçoit une loi de contrôle actif et sa version semi-active pour le système non linéaire réel. Cette dernière, permet enfin de réaliser les objectifs de cette thèse i.e avoir un niveau d'amortissement de la structure pont-actionneur électromécanique, pour les grandes rotations du pendule, comparable à celui d'un modèle linéaire.

Les composés organiques volatils (COV) constituent une famille importante de polluants atmosphériques émis par de nombreuses activités anthropiques (transports, industries pétrochimique et pharmaceutique, dégraissage des métaux, solvants de peintures et de nettoyage, imprimerie, …). Ils sont responsables d’effets nocifs sur la santé et sont des précurseurs de la génération d’ozone troposphérique. Dans le futur, les normes d’émission devenant de plus en plus strictes, des techniques d’épuration plus performantes devront être développées et les procédés existants seront appelés à être perfectionnés. Une des voies pour y parvenir est de combiner plusieurs techniques de traitement déjà éprouvées. L’originalité de la recherche a donc consisté à coupler deux techniques connues d’abattement en réalisant l’absorption et l’adsorption combinées de COV dans une suspension aqueuse d’une fine poudre de charbon actif, l’adjonction de l’adsorbant au solvant liquide devant avoir pour effet d’augmenter la capacité globale de fixation du polluant par rapport à une opération d’absorption seule. Le couplage absorption-adsorption a été mis en oeuvre pour la réduction de 4 composés organiques modèles portés par un flux d’air : alcool isopropylique, acétone, 1,2-dichloroéthane et toluène, en travaillant avec un contacteur à faisceaux de câbles mis au point dans le service de génie chimique de la Faculté. La thèse a mis en lumière tous les mécanismes de transfert de matière impliqués dans ce procédé triphasique, à savoir: le transfert du COV depuis la phase gaz vers la phase liquide (l’absorption), le transfert des molécules dissoutes en phase liquide vers le charbon actif (l’adsorption) et le transfert gaz-liquide en présence de particules solides. Il est apparu que les particules solides induisent deux effets opposés sur la vitesse de diffusion des COV dans le milieu liquide: une réduction due à leur simple présence volumique et un effet accélérateur dû à leur caractère adsorbant. L’influence sur les transferts de la concentration et la granulométrie des particules ainsi que de leur capacité d’adsorption et des coefficients de diffusion interne, ont été étudiés. Finalement, tous les résultats expérimentaux observés ont pu être justifiés au moyen d’une modélisation de tous les phénomènes se déroulant dans la suspension.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3724. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 227-250.

Thèse doctorat : Géosciences : Nancy 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La présente thèse s'inscrit dans la suite des travaux sur les absorbants acoustiques hybrides actifs/passifs menés au Centre Acoustique du LMFA depuis une quinzaine d'années. Ces absorbants sont constitués de cellules couvertes par une mince couche de matériau poreux et équipées d'un système de contrôle actif permettant d'annuler la pression acoustique en face arrière du poreux. L'impédance de surface ainsi obtenue est purement réelle et donnée par la résistance du poreux utilisé. Le concept d'absorbant hybride renvoie au fonctionnement double des cellules puisque le contrôle actif est utilisé en basses fréquences uniquement,le système passif cavité-poreux assurant une absorption suffisante en plus hautes fréquences. Une application distincte a fait l'objet d'un grand nombre d'études, à savoir l'utilisation des cellules hybrides comme revêtement pour les parois de conduits, et plus particulièrement des entrées et des sorties d'air de nacelles de turboréacteurs. En effet, les absorbants passifs classiquement utilisés manquent de performance dans le domaine des basses fréquences. Or, le taux de dilution des nouveaux moteurs d'avions ne cesse de s'accroître,ce qui implique des soufflantes de plus en plus grandes, générant des émissions harmoniques en basses fréquences.Les objectifs de ce travail résultent de différents enjeux qui se présentent dans le cadre d'une telle application. Premièrement, l'impédance optimale en termes de réduction de bruit à réaliser en paroi d'un conduit est complexe et dépend de la fréquence. Un nouvel absorbant, dit absorbant hybride complexe, a été développé dans le but de produire de telles impédances. Un microphone supplémentaire en face avant du poreux permet alors d'estimer la vitesse à partir du gradient de pression et par conséquent l'impédance de surface de l'absorbant. Une couche protégeant le microphone en face avant de l'écoulement rasant est devenue nécessaire, et son effet sur l'impédance doit être prise en compte. Les mesures en Tube de Kundt montrent toutefois que des impédances optimales typiques (telle que l'impédance de Cremer) peuvent être obtenues. La bonne performance du nouvel absorbant est confirmée par mesure de la perte par transmission en absence d'écoulement ; elle est triplée par rapport à l'ancien absorbant hybride. Le champ complexe des impédances a ensuite été balayé expérimentalement à l'aide du nouvel absorbant, et ceci sans, ainsi qu'avec écoulement. La performance maximale est trouvée considérablement réduite en présence d'un écoulement,en contraste avec les calculs qui prédisent avant tout un décalage de l'optimum. L'étude des effets menant à la dégradation des performances constitue le deuxième axe de ce travail. Elle est menée à travers de mesures de Vélocimétrie Laser Doppler qui permettent de visualiser le champ acoustique en voisinage des différents absorbants hybrides. En effet, l'influence de l'absorbant hybride sur la veine est étendue sans écoulement et sa surface apparaît comme impédance uniforme. La présence de l'écoulement fait rétrécir cette zone au voisinage direct de chaque cellule.A ce jour, il n'est pas certain que la performance des absorbants hybrides puisse être considérablement améliorée en présence d'un écoulement rapide. Cependant, il y a des applications possibles a court terme du contrôle actif d'impédance, par exemple comme moyen expérimental. En effet, un contrôle plus flexible des conditions aux limites peut être utile pour une multitude d'expérimentations en acoustique.

Habilitationsschrift-Göttingen. / Summary also in English. Bibliography: p. [49]-53.

Habilitationsschrift-Göttingen. / Summary also in English. Bibliography: p. [49]-53.

L’objectif de ce projet était l’étude systématique des interactions, de la microstructure et de la dynamique de suspensions de colloïdes qui imitent les mouvements de systèmes auto-propulsés (actifs), au moyen de techniques de diffusion : diffusion des rayons X aux (ultra) petits angles (USAXS/SAXS) et spectroscopie de corrélation de photons X (XPCS).À la différence des colloïdes passifs conventionnels (particules browniennes), les colloïdes actifs sont des systèmes hors équilibre faits d’objets auto-propulsés. Ces systèmes montrent une dynamique fascinante qui s’apparente aux mouvements de volée d'oiseaux, d’essaim d’insectes, etc.Les micro-organismes mobiles sont des exemples types de colloïdes actifs, notamment certaines variétés de bactéries, ou les colloïdes de type Janus caractérisé par une composition asymétrique de leur surface qui peux engendrer une propulsion, l’auto-diffusiophorèse. Les thèmes principaux de cette thèse sont les interactions inter-particule, les interactions particule-solvant et les dynamiques phorétiques des systèmes actifs.En premier lieu, la structure et la mobilité de la bactérie Escherichia coli ont été étudiées au moyen de SAXS/USAXS . Comme projet secondaire, l’obtention de données couvrant une très large gamme de vecteur de diffusion (q) a permis de dériver un modèle structural multi-échelle de la bactérie, en combinant les caractéristiques de colloïdes (corps cellulaire), de membranes (enveloppe cellulaire) et de polymères (flagelles). Ce modèle a été affiné au moyen de mesures complémentaires de diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) sur des suspensions de la bactérie E. coli en variant le contraste externe (remplacement isotopique partielle du solvant) afin d’aboutir à une détermination quantitative de la densité électronique des membranes et des distances entre membranes.Ces bactéries ont ensuite été utilisées comme éléments actifs en mélange avec des colloïdes passifs de silice de taille sub-micrométrique, pour comprendre comment la présence de bactéries actives mobiles affecte les interactions effectives et la dynamique des colloïdes passifs. Des mesures USAXS et XPCS simultanées ont permis de déduire les propriétés statiques et hydrodynamiques de ces colloïdes passifs. Les données suggèrent que les bactéries actives se comportent comme un fluidifiant pour les colloïdes passifs, en réduisant leurs interactions attractives et en augmentant leur dynamique ; réciproquement, ces derniers sont affectés par la solution tampon et par la présence de bactéries augmente la viscosité environnante effective.Enfin, les mouvements phorétiques de colloïdes de silice et de type Janus (silice partiellement recouvert de nickel) suspendus dans un mélange de 3-methylpyridine (3MP) + eau/eau lourde pendant la séparation de phase liquide-liquide ont été investigués par USAXS et XPCS. Les mouvements des colloïdes sont fortement corrélés à la dynamique de la séparation de phase du fait de l’absorption préférentielle de 3MP à la surface de silice. Les colloïdes de silice montrent une dynamique advective avec une diffusion amélioré en direction des microdomaines riches en 3MP, évoquant la dynamique des systèmes auto-propulsés, jusqu’à l’aboutissement de la séparation de phase. Les suspensions de colloïdes de type Janus ont un comportement beaucoup plus complexe, la dynamique étant fortement corrélée aux interactions asymétriques avec le solvant. Cette dynamique est soit augmentée soit supprimée en fonction de la concentration en 3MP qui modifie aussi la micro-structure du système. Au lieu que les colloïdes de silice migrent vers la phase riche en 3MP, les colloïdes de type Janus agissent comme des tensioactifs en se plaçant à l’interface.Cette thèse démontre l’intérêt des techniques de diffusion pour explorer les propriétés des systèmes actifs et examiner leur comportement en thermodynamique hors équilibre afin de compléter les informations obtenues par observations microscopique. / This project aimed to systematically investigate the interactions, microstructure and dynamics in suspensions of colloidal particles that mimic active motions, using (Ultra) Small- Angle X-ray Scattering (USAXS/SAXS) and X-ray Photon Correlation Spectroscopy (XPCS). As opposed to the conventional passive colloids (Brownian particles), active colloids are non-equilibrium systems consisting of self-propelled particles that display many fascinating dynamics, such as streaming, swarming, flocking, etc. in appropriate media. Practical examples of active systems are motile microorganisms, such as some species of bacteria, or synthetic Janus colloids – characterized by an asymmetric chemical composition of their surface – that can induce a propulsion mechanisms, like self-diffusiophoresis. The foci of this thesis are on interparticle interactions, particle-medium interactions and the phoretic dynamics in active systems.Firstly, the structure and motility of Escherichia coli bacteria were investigated by combined USAXS and SAXS methods. As an offshoot, the scattering data spanning a broad scattering vector (q)-range permitted the derivation of a multiscale structural model by combining colloidal (cell-body), membrane (cell-envelope) and polymer (flagella) features. This model was further refined by contrast-variation Small Angle Neutron Scattering (SANS) measurements on E. coli suspensions at three match points and the full contrast which allowed the determination of the membrane electron-density and the inter-membrane distances on a quantitative scale.These bacteria were then used as active component in a mixture with micron-sized passive silica colloids, with the aim of investigating how the effective interactions and dynamics of passive colloids are affected by the presence and the motility of active E. coli. Both static and hydrodynamic information were obtained via the simultaneous use of USAXS and XPCS techniques. Data suggested active bacteria act as a fluidizing agent in such systems, reducing attractive interactions and enhancing the dynamics of passive colloids, which, at the same time, are affected by the buffer and more viscous environment due to the bacterial presence.Finally, the phoretic motions of micron-sized silica colloids and half-coated silica/nickel Janus colloids suspended in a mixture of 3-methylpyridine (3MP) and water/heavy water undergoing liquid-liquid phase separation were investigated using USAXS and XPCS. Due to the preferential wetting of 3MP on the silica surface, the motion of the colloids is strongly correlated to the dynamics of phase separation.Silica colloids displayed advective motion with enhanced diffusion toward the 3MP-rich phase reminiscent of self-propelled motion until the phase separation is completed. Suspensions of Janus colloids showed a much richer scenario, where colloid dynamics are strongly influenced by the asymmetric interactions with the solvent. The dynamics of Janus colloids were either enhanced or suppressed depending on the 3MP concentration, which, concurrently, affected the microstructure of the system. As opposed to the partitioning in 3MP-rich phase in the case of silica colloids, Janus particles behave like surfactants at the interface.The thesis demonstrates the ability of studying active systems by means of scattering methods and probe their behaviour in the thermodynamic limit and complement the information derived from direct microscopy observations.