Le secteur des transports est soumis à des réglementations sévères visant à limiter les émissions polluantes à l’échappement. Les biocarburants ont reçu une attention particulière en tant que carburant de substitution ou additif aux carburants traditionnels dans l’espoir de remédier aux problèmes de l’épuisement des ressources fossiles et des émissions de certains polluants. Cette thèse a pour objectif principal d’étudier l’impact de l’incorporation des biocarburants oxygénés ou synthétiques aux carburants traditionnels sur les émissions de polluants non réglementés à savoir les composés carbonylés (aldéhydes et cétones) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) adsorbés sur la suie. Dans un premier temps, une étude a été menée dans une chambre de combustion interne. Les prélèvements des gaz à l’échappement suivis par les analyses chromatographiques en phase liquide ont permis d’évaluer l’effet de l’additivation du carburant sur les émissions de composés carbonylés. Une deuxième étude a été menée au moyen d’un brûleur à flamme plate permettant de collecter des suies de flammes riches dans des conditions stabilisées. Les mesures effectuées ont permis de déterminer l’effet de l’incorporation des biocarburants oxygénés au carburant sur la production de suie et le contenu d’HAPs adsorbés. Ce travail a été complété par l’étude de la cinétique d’oxydation de trois additifs oxygénés à l’état pur en réacteur auto-agité à pression atmosphérique et dans un large domaine de températures (530-1280 K) et de richesses (0,5-4). Les profils de concentration des réactifs, produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectrométrie infrarouge à transformée de Fourrier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse. Ces résultats ont été ensuite confrontés aux profils d’espèces obtenus par simulation, à l’aide des modèles cinétiques d’oxydation disponibles dans la littérature. / The transport sector is subject to strict regulations aiming at limiting pollutants emissions. Biofuels have received particular attention as alternative fuel or additive to traditional fuels for remedying two issues: the depletion of fossil resources and emissions of certain pollutants. In this work we studied the impact of blending conventional fuels with synthetic or oxygenated biofuels on the emissions of non-regulated pollutants, namely carbonyl compounds (aldehydes and ketones) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) adsorbed on soot. Firstly, the carbonyl compounds emissions were studied using an internal combustion engine. The carbonyls were collected at the exhaust of a diesel engine running with biofuel blends and analyzed using high performance liquid chromatography. Secondly, the impact of blending the conventional fuel with oxygenated biofuels on soot formation and adsorbed PAHs were studied using a flat flame burner under well stabilized conditions. This work was completed by the study of the kinetics of oxidation of three oxygenated additives in a jet-stirred reactor at atmospheric pressure, over the temperature range 530-1280 K and for different equivalence ratios (0.5-4). The concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtained by probe sampling and gas analyses including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and gas phase chromatography. These results were then compared to simulated species concentration profiles obtained using oxidation kinetic models available from the literature.

Dans les années à venir, l’industrie de l’aéronautique doit améliorer le contrôle thermique des composants et modules hautement intégrés. Les approches de refroidissement standard, utilisant l’air forcé ne sont plus utilisables. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles technologies capables d’offrir des solutions compatibles avec ces nouvelles problématiques. Une revue bibliographique approfondie est présentée pour montrer les solutions existantes pour l’avionique. Les systèmes à changement de phase, tels que les boucles diphasiques capillaires (LHPs), sont très attractifs puisqu’ils peuvent être utilisés pour transporter la chaleur vers une grande surface d’un radiateur qui dissipera la chaleur vers le milieu ambiant. Une première famille de LHP, conçue et réalisée par la compagnie Atherm, et remplie avec du méthanol, est décrite. Deux autres familles de LHP sont également présentées. La première a été réalisée par la société ATHERM et a un condenseur et des lignes de transports modifiés, afin d’être intégrée sur une carte électronique existante. La deuxième famille, a été conçue et réalisée par l’Institut of Thermal Physics (ITP), sur la base de spécifications similaires. Un banc d’essai expérimental est conçu et réalisé pour tester ces systèmes. Les effets de la charge en fluide, baïonnette, et mèche secondaire, sont observés. Des tests d’orientation et d’accélération sont réalisés sur des LHPs intégrées dans un rack aéronautique. Même une certaine sensibilité aux orientations et accélérations est observée, les LHPs fonctionnement toujours jusqu’à l’accélération maximale testée de 6 G. Un modèle stationnaire d’une boucle diphasique basé sur une approche à plusieurs échelles est développé. Plusieurs niveaux de complexité et de précision peuvent être sélectionnés pour le modèle des composants individuels de la boucle, allant du modèle nodal au modèle 3D. Le modèle est validé avec les données expérimentales. Un bon accord entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux est obtenu. Les résultats numériques montrent que la charge de fluide dans le réservoir affecte le comportement thermique de la LHP en modifiant la répartition des flux de chaleurs. Des gradients de température importants sont observés dans la plaque du condenseur, et un nouveau tracé de la ligne condenseur est proposé. Plusieurs modifications de l’évaporateur sont analysées. La diminution la plus importante de la résistance thermique de l’évaporateur est obtenue par une bonne disposition des rainures axiales de la mèche, associée à une semelle optimisée, ou à des rainures radiales. / In the coming years, the avionics industry will have to improve the thermal control of both existing and emerging highly integrated electronic components and modules. The standard cooling approaches using forced air are no longer applicable. It is necessary to develop new technologies being able to offer solutions compatible with those new problematic. An extensive literature review is presented to show the existing cooling solutions for avionics. Two-phase passive systems, such as LHPs are very attractive as they may be used as heat spreader, associated with a classical heat sink to dissipate the heat. A first family of LHP, designed and manufactured by the ATHERM Company and filled with methanol as the working fluid is described. Two other LHP families are also presented. The first one was manufactured by ATHERM and has modified condenser and transport line shapes, in order to be integrated into an existing electronic card. The second one was manufactured and designed by the Institute of Thermal Physics, on the same specification basis. An experimental setup is designed and built to test these LHPs. The effects of fluid fill charge, bayonet and secondary wick are observed. Orientation and acceleration tests are conducted on LHPs integrated within an avionic rack. Even if the LHPs exhibited sensitivity to orientation and acceleration, no failure of the LHP was observed up to the maximum applied acceleration (6 G). A steady state model of LHP based on a multi-level approach is developed. Various levels of complexity and precision can be selected for the model of the individual component, going from the nodal to the 3D model. The model is validated with experimental data from the laboratory tests. A good agreement is achieved between the experimental and the numerical data. The numerical results show that the fluid fill charge within the reservoir affects the thermal behavior of the LHP, by modifying the heat flux distribution. High temperature gradients are highlighted in the condenser plate and a redesign of its shape is proposed. Various modifications of the evaporator design are considered. The most important decrease of the evaporator thermal resistance is brought by a good disposition of the axial vapor grooves associated with an optimized saddle shape or radial vapor grooves.

Ce travail de cette thèse propose une conception et une réalisation d’un banc intégré de caractérisation temporelle des dispositifs RF non-linéaires conçu avec des récepteurs de type THA. Ce banc est une version miniaturisée, moins onéreuse et à performances comparables d’un banc similaire « éclaté » et développé au sein d’XLIM. Le banc intégré développé dans ce travail est entièrement étalonné. Il est versatile vis-à-vis des techniques de sous échantillonnage mis en œuvre pour mesurer des signaux RF sur des temps d’acquisition très différents (<50 µs ou < quelques ms). La technique CIS est utilisée pour l’acquisition périodiques de signaux RF périodiques de durée courtes. La technique DQD est utilisée pour l’acquisition périodiques ou apériodique de signaux RF périodiques ou apériodiques. Cet outil a été utilisé pour extraire, à partir des formes d’ondes temporelles mesurées à leurs accès, plusieurs paramètres caractéristiques (AM/AM- AM/PM, EVM) d’amplificateurs GaN de gamme 10 à 50 W soumis à des excitations simples ou à des signaux modulés. Ce manuscrit décrit aussi la mise en œuvre le développement, parallèlement au travail précédent, d’une plateforme de laboratoire de travaux pratiques à distance pour le projet européen TEMPUS EOLES. / This work proposes the design and the realization of a 4-channel integrated and calibrated time-domain characterization system for the characterization of non-linear microwave devices. This integrated measurement system uses THA based receivers. This is a miniaturized, less expensive and comparable version of a similar laboratory available tool developed within XLIM. The integrated instrument developed in this work is fully calibrated. It is versatile with respect to sub-sampling techniques used to measure RF signals over very different acquisition times (<50 µs or < few ms). The CIS technique is used for the periodic acquisition of periodic short duration RF signals. The DQD technique is used for the periodic or aperiodic acquisition of periodic or aperiodic RF signals. This tool was used to extract, from the measured time-domain waveforms at their ports, several characteristic parameters (AM/AM-AM/PM, EVM) of GaN amplifiers operating in the 10 to 50 W range and excited with simple or modulated signals. This manuscript also describes the implementation, and the development, performed along with the previous work, of a laboratory platform for remote practical works in the context of the European project TEMPUS EOLES.

Ce mémoire est consacré à la modélisation des condensateurs électrolytiques aluminium dédiés à des applications à hautes températures ainsi qu’à la compréhension de leur vieillissement lors d’utilisations réalistes. En effet, dans le cas d’onduleur de traction de véhicule électrique, les sollicitations, notamment en température, peuvent être parfois très variables. Or, il se trouve que pour ce type d’applications, ces derniers sont la plupart du temps de type électrolytiques aluminium, technologie étant parmi les plus fragiles. Par conséquent, ce manuscrit propose tout d’abord une nouvelle modélisation électrique s’appuyant des phénomènes de diffusion permettant d’obtenir une représentation très précise de l’impédance de ces condensateurs. Compte-tenu de leur forte dépendance en température, la modélisation thermique couplée au modèle électrique est également traitée. Le but premier est de développer un outil permettant d’estimer précisément les pertes à chaque instant pour permettre au contrôleur d’ajuster la température de ce dernier par une modification de la stratégie MLI. Une méthode d’identification en ligne est alors proposée par l’utilisation de filtres de Kalman conjoints avec de très bons résultats obtenus en simulation. Le dimensionnement ainsi que la création d’un banc de cyclage accéléré est développé et une comparaison du vieillissement obtenu après 12 000 heures entre des composants cyclés thermiquement et d’autres non cyclés est donnée. Les résultats montrent une très bonne tenue dans le temps des condensateurs étudiés que ce soit au niveau de l’impédance ou bien visuellement avec néanmoins un impact du cyclage thermique non négligeable / This thesis is devoted to the modeling of aluminum electrolytic capacitors dedicatedto high temperatures. The purpose is also to understand their ageing while submitted to realistic use. Indeed, in the case of electric vehicle traction inverter, solicitations like temperature can vary a lot. This type of stress has already been studied for active components, but not yet on passive ones such as decoupling capacitors. However, it turns out that for this kind of application, they are most of the time aluminum electrolytic capacitors which is among the weakest technology. Consequently, this manuscript proposes at first a new electric model based on a diffusion phenomena which leads to a very accurate impedance description. It permits also a better understanding of the physical phenomena involved in these components. Because of their important temperature dependence, thermal modeling coupled to the electric model is also discussed. The very first purpose is to develop a tool that is able to estimate losses accurately at every moment. Thanks to it, the controller could so change the PWM strategy in order to act on the temperature. An online identification method is then proposed with the use of joint Kalman filters which led to very good results in simulation. The design and the creation of an accelerated cycling bench is developed and comparisons about the ageing obtained after 12 000 hours between thermally cycled components and others non-cycled are given. Results show a very good stability over time of the studied capacitors (PEG225MF470Q Kemet©) either on the impedance or visually. Nevertheless a significant impact can be observed on the cycled ones.

Les écoulements diphasiques jouent un rôle prépondérant dans les moteurs-fusées à ergols liquides cryogéniques, équipant par exemple les lanceurs de la famille Ariane. L'étude expérimentale de tels engins propulsifs étant complexe et onéreuse, disposer d'outils numériques à même de simuler fidèlement leur fonctionnement se révèle être un objectif aussi important qu'ambitieux. La difficulté majeure réside dans le caractère fortement multi-échelles du problème, si bien qu’aucune approche numérique existante n'est capable à elle seule de décrire parfaitement l'ensemble des échelles liquides. Partant de ce constat, les travaux présentés dans cette thèse visent à mettre en place une stratégie de couplage entre des modèles bien adaptés aux différentes topologies d'écoulement diphasique, et ce dans le cadre de la plateforme logicielle multi-physique CEDRE développée par l'ONERA. La démarche adoptée consiste précisément à coupler un modèle à interface diffuse de type ``4 équations'' pour les zones à phases séparées, et un modèle cinétique eulérien pour la phase dispersée, rendant ainsi possible la description de l’atomisation primaire. Par ailleurs, les conditions sévères qui règnent dans les moteurs cryotechniques, où de forts gradients de température, vitesse et densité sont rencontrés, mettent à l'épreuve la robustesse des méthodes numériques. Une nouvelle méthode MUSCL multipente pour maillages non structurés généraux a ainsi été développée, permettant d’améliorer la robustesse et la précision des schémas de discrétisation spatiale. L’ensemble de la stratégie de couplage est finalement appliquée à la simulation du banc Mascotte de l'ONERA pour la combustion cryotechnique. / Two-phase flows play a significant role for the proper functioning of cryogenic liquid-propellant rocketengines, such as those that equip the launchers of the Ariane family. Since the experimental investigationof such propulsion devices is complex and expensive, developing numerical tools able to accuratelysimulate their functioning, is a crucial but nonetheless ambitious objective. The major difficulty is due tothe multiscale nature of the problem, as a result of which there is currently no numerical approach ableto perfectly describe all the liquid scales on its own. Based on this observation the work presented in thisthesis aims at setting up a coupling strategy between models well-adapted to each two-phase flowtopology, in the framework of the ONERA’s multiphysics CEDRE software. The approach adoptedprecisely consists in coupling a 4-equation diffuse interface model for the separated phases and aeulerian kinetic model for the dispersed phase, thus making it possible to describe primary atomization.Besides, the harsh conditions within cryogenic rocket engines, where large temperature, velocity anddensity gradients are encountered, severely challenge the robustness of numerical methods. A newmultislope MUSCL method for general unstructured meshes is thus developed in order to improve therobustness and accuracy of space discretization schemes. The whole coupling strategy is finally appliedto the numerical simulation of the ONERA’s Mascotte test bench for cryogenic combustion research.

La mission BepiColombo est une des pierres angulaires du programme scientifique de l'ESA. Elle permettra l'étude de la planète Mercure grâce à deux sondes mises en orbite autour de la planète. Une des deux sondes, Mercury Planetary Orbiter (MPO) développée par l'ESA, sera dédiée à l'étude de la surface et de l'intérieur de la planète. La mission est prévue pour un lancement en 2016 et une arrivée sur Mercure en janvier 2024. L’IAS est responsable de l’étalonnage de l'ensemble d'imageurs SIMBIO-SYS (Spectrometer and Imagers for MPO BepiColombo-Integrated Observatory SYStem) composé d’une caméra haute résolution (HRIC), d’une caméra stéréoscopique (STC) et d’un imageur hyperspectral visible et proche-infrarouge (VIHI). Ces instruments devraient profondément modifier nos connaissances de la composition et de la géomorphologie de la surface de Mercure. Ma thèse a consisté à participer à la définition et à la mise en place des caractéristiques et des fonctionnalités du dispositif expérimental d'étalonnage qui se compose principalement d’une cuve à vide contenant les instruments, d’un banc optique rassemblant les sources d'étalonnage et les éléments optiques qui reconstituent les conditions d'observation de Mercure, des interfaces mécaniques permettant le positionnement de l'expérience à l'intérieur de la cuve, des interfaces thermiques visant à explorer les températures de fonctionnement des différentes parties des expériences, des interfaces informatiques assurant la communication avec l'expérience et le pilotage du dispositif d'étalonnage en fonction des tests à réaliser. J’ai modélisés et validé expérimentalement certaines performances du dispositif. Enfin, j’ai défini en étroite collaboration avec les équipes italiennes co-responsables des trois instruments les différentes séquences d’étalonnage qui seront utilisées lors de l’étalonnage. / BepiColombo is one of the cornerstones of the scientific program of ESA. It will study the planet Mercury with two spacecrafts in orbit around the planet. One of the two spacecrafts, the Mercury Planetary Orbiter (MPO), will be dedicated to the study of the surface and interior of the planet. The mission is scheduled for launch in 2016 and arrival at Mercury in January 2024. IAS is responsible for the calibration of the imaging system SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory-SYStem) which consists of a high-resolution camera (HRIC), a stereoscopic camera (STC) and a visible and near-infrared hyperspectral imager (VIHI). These instruments should deeply change our understanding of the composition and geomorphology of Mercury surface. My research subject allowed me to participate in all the activities concerning the definition, implementation and validation of the calibration facilities at the IAS. These facilities are divided into different sub-systems: a thermal vacuum chamber containing the instrument during all the calibration campaign that shall simulate the environmental conditions (temperature and pressure), an optical bench with optical components and radiometrically calibrated sources reproducing the observational conditions as it will be seen by the instrument once placed in Mercury’s orbit, mechanical interfaces allowing the positioning and guidance of the instrument when placed inside the vacuum chamber with the required precision and accuracy, thermal interfaces facilitating the thermal excursion of the detectors, software interfaces so as to automatize and control the entire system. I developed a radiometric model of the calibration system and instrument to refine the calibration sources. In parallel, I performed several measurements of some subsystems so as to validate the optical assembly and to improve its control. Finally as a result of a close collaboration with the three Italian scientific teams of the instrument, I elaborate the fully package of the calibration sequences and the detailed instrument configuration that will be used during the calibration campaign.

Ma thèse en automatique s’inscrit dans la thématique de recherche «Transport» du LAMIH. L’objectif est d’améliorer le fonctionnement des moteurs thermiques (essence), notamment en réduisant la consommation et la pollution. Face à cet enjeu écologique et économique, et compte tenu des nouvelles normes et des stratégies court-termistes de l’industrie (scandale Volkswagen...), de nouveaux contrôleurs doivent être conçus pour piloter l’arrivée d’air et d’essence au sein du moteur. En considérant l’aspect hautement non-linéaire du système, la représentation Takagi-Sugeno et le background théorique du LAMIH sont utilisés. Un premier contrôleur est synthétisé pour régler le problème de la vitesse de ralenti du moteur. Cependant, la complexité du système impose l’utilisation d’un contrôleur très coûteux d’un point de vue computationnel. Un contrôleur alternatif est donc synthétisé afin d’être implémenté dans l’ordinateur embarqué du moteur. Un second contrôleur est obtenu pour maintenir la richesse en proportions stoechiométriques afin de réduire la pollution. Ce système étant sujet à un retard de transport variable, un changement de domaine est réalisé afin de rendre ce retard constant, et de concevoir un contrôleur simple et efficace. Des essais réels sur le banc d’essai moteur du LAMIH sont réalisés afin de valider la méthodologie présentée. / My PhD in Automatic Control is part of the research theme “Transport” of the LAMIH. The objective is to improve the functioning of the gasoline engines, mainly by reducing the fuel consumption and the pollution. With this ecologic and economic challenge, and taking into account the new norms and the short-term strategies of the industry (scandal of Volkswagen...), new controllers have to be designed to control the air valve and the fuel injection inside the engine. Considering the highly nonlinear aspect of the system, the Takagi-Sugeno representation and the theoretical background of the LAMIH have been used. A first controller is designed to solve the problem of idle engine speed. However, the complexity of the system forces the use of a controller that is very costly from a computational point of view. An alternative controller is then designed in order to be implemented inside the embedded computer of the engine. A second controller is obtained to maintain the air-fuel ratio in stoichiometric proportions in order to reduce the pollution. This system being subject to a variable transport delay, a change of domain is realized to make this delay constant, and to design a simple and efficient controller. Real-time experiments have been realized on the engine test bench of the LAMIH in order to validate the presented methodology.

La Décomposition Modale Empirique (EMD), est une méthode de décomposition multi-résolution de signaux en fonctions Modes Intrinsèques (IMF) et cela, de manière auto-adaptative. En la couplant avec la transformée de Hilbert, elle devient une méthode d'analyse Temps-Fréquence , la transformée de Hilbert-Huang, permettant d'étudier bon nombre de classes de signaux. Malgré ces nombreuses applications, l'une des plus importantes limites de l'EMD est son manque de formalisme mathématique. A la place d'une interpolation par splines cubiques utilisée dans l'EMD classique, nous avons estimé l'enveloppe moyenne par une solution d'un système d'EDP. Par une méthode variationnelle, nous avons établi un cadre théorique pour prouver les résultats de convergence, d'existence de modes et la propriété de presque orthogonalité de l'EMD. La comparaison avec des bancs de filtres itératifs et les ondelettes, montre l'aspect multi-résolution de l'EMD. Deux nouvelles applications en traitement du signal et de l'image sont présentées : l'extraction des intermittences et mode mixing et la restauration par shrinkage par EMD. Enfin le modèle peut servir de base pour l'étude de l'unicité de la décomposition.

Dans le cadre des nouvelles normes concernant la consommation et la pollution liées aux véhicules auto- mobiles, le projet SIMBA réunit différents équipementiers de la boucle d'air automobile, et a pour objectif de développer un outil de simulation globale de cette dernière. Le but de cet outil est de prendre en compte les interactions entre les composants et ainsi pouvoir améliorer les performances de tout le système. La contribution de l'institut FEMTO-ST à ce projet est de réaliser des mesure fluidiques dans la boucle d'air : température, pression, vitesse ou encore concentration de gaz et taille de particules. Ces mesures alimentent une base de données donnant les conditions limites à injecter dans le code de calcul, et permettant aussi de réaliser des comparaisons avec les résultats du calcul numérique. Cette thèse porte plus spécifiquement sur la mesure de vitesses par PIV dans la boucle d'air en conditions réelles sur un banc moteur industriel. La première partie présente une solution versatile de mesure par PIV adaptée à des mesures dans les conduits d'admission, de retour EGR et d'échappement. Une solution spéci- fique a été développée afin de caractériser simultanément les huit tubulures du répartiteur d'admission. Cela a nécessité la mise en place de systèmes optiques relativement complexes pour la génération des nappes laser dans les tubulures, et aussi pour l'observation des champs de particules par deux caméras. La seconde partie porte sur le traitement des données et des images issues des essais. Un code de PIV développé en Python afin de s'adapter aux contraintes spécifiques des expériences réalisées y est présenté. Il a été testé et validé pour justifier son utilisation dans les conditions expérimentales de l'étude. La dernière partie expose des résultats obtenus par la technique mise en place. Ces derniers sont également associés à ceux issus d'autres mesures expérimentales (pression et température), ainsi qu'à des résultats de simulations numériques.