A pulsed Nd:YAG laser is used to study laser spark ignition of methane counter-flow diffusion flames with the use of helium and argon as diluents to achieve a wide range of variations in transport properties. The global strain rate and Damkohler number on successful ignition were investigated for the effects of Lewis number and transport properties, which are dependent on the diluent type and dilution level. A high-speed camera is used to record the ignition events and a software is used for pre-ignition flow field and mixing calculations. It is found that the role of effective Lewis number on the critical global strain rate, beyond which ignition is not possible, is qualitatively similar that on the extinction strain rate. With the same level of dilution, the inert diluent with smaller Lewis number yields larger critical global strain rate. The critical Damkohler number below which no ignition is possible is found to be within approximately 20% for all the fuel-inert gas mixtures studied. When successful ignition takes place, the ignition time increases as the level of dilution of argon is increased. The ignition time decreases with increasing level of helium dilution due to decreases in thermal diffusion time, which causes rapid cooling of the flammable layer during the ignition process. However, the critical strain for ignition with helium dilution rapidly decreases as the dilution level is increased. The experimental results show that with the increase of strain rate the time to steady flame decreases, and that with the increase of dilution level time for the flame to become steady increases. For the same level of dilution, the time for steady flame is observed to be longer for He-diluted flames than for Ar-diluted flames due to its thermal diffusivity being larger than that of Ar.

Autoignition and oxidation of two Methane (CH4) and Dimethyl Ether (CH3OCH3 or DME) mixtures in air were studied in shock tubes over a wide range of equivalence ratios at elevated temperatures and pressures. These experiments were conducted in the reflected shock region with pressures ranging from 0.8 to 35.7 atmospheres, temperatures ranging from 913 to 1650 K, and equivalence ratios of 2.0, 1.0, 0.5, and 0.3. Ignition delay times were obtained from shock-tube endwall pressure traces for fuel mixtures of CH4/CH3OCH3 in ratios of 80/20 percent volume and 60/40 percent volume, respectively. Close examination of the data revealed that energy release from the mixture is occurring in the time between the arrival of the incident shock wave and the ignition event. An adjustment scheme for temperature and pressure was devised to account for this energy release and its effect on the ignition of the mixture. Two separate ignition delay correlations were developed for these pressure- and temperature-adjusted data. These correlations estimate ignition delay from known temperature, pressure, and species mole fractions of methane, dimethyl ether, and air (0.21 O2 + 0.79 N2). The first correlation was developed for ignition delay occurring at temperatures greater than or equal to 1175 K and pressures ranging from 0.8 to 35.3 atm. The second correlation was developed for ignition delay occurring at temperatures less than or equal to 1175 K and pressures ranging from 18.5 to 40.0 atm. Overall good agreement was found to exist between the two correlations and the data of these experiments. Findings of these experiments also include that with pressures at or below ten atm, increased concentrations of dimethyl ether will consistently produce faster ignition times. At pressures greater than ten atmospheres it is possible for fuel rich mixtures with lower concentrations of dimethyl ether to give the fastest ignition times. This work represents the most thorough shock tube investigation for oxidation of methane with high concentration levels of dimethyl ether at gas turbine engine relevant temperatures and pressures. The findings of this study should serve as a validation for detailed chemical kinetics mechanisms.

Cette thèse contient deux contributions à l’homogénéisation en espace-temps des équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre. Ces équations sont en lien avec la modélisation du trafic routier. Enfin, sont présentés des résultats d’homogénéisation en milieu presque périodique. Le premier chapitre est consacré à l’homogénéisation d’un système infini d’équations différentielles couplées avec temps de retard. Ce système provient ici d’un modèle microscopique de trafic routier simple. Les conducteurs se suivent sur une route rectiligne infinie et l’on tient compte de leur temps de réaction. On suppose que la vitesse de chaque conducteur est une fonction de l’interdistance avec le conducteur qui le précède: on parle d’un modèle du type “follow-the-leader”. Grâce à un principe de comparaison strict, on montre la convergence vers un modèle macroscopique pour des temps de réaction inférieurs à une valeur critique. Dans un second temps, on exhibe un contre-exemple à l’homogénéisation pour un temps de réaction supérieur à cette valeur critique, pour des conditions initiales particulières. Pour cela, on perturbe la solution stationnaire dans laquelle les véhicules sont tous équidistants aux instants initiaux. Le second chapitre porte sur l’homogénéisation d’une équation de Hamilton-Jacobi dont l’Hamiltonien est discontinu en espace. Le modèle de trafic associé est une route rectiligne comportant une infinité de feux tricolores. Ces feux sont supposés identiques, équidistants et le déphasage entre deux feux successifs est supposé constant. On étudie l’influence à grande échelle de ce déphasage sur le trafic. On distingue la portion de route libre, qui sera représentée par un modèle macroscopique, et les feux, qui seront modélisés par des limiteurs de flux périodiques en temps. Le cadre théorique est celui par C. Imbert et R. Monneau (2017) pour les équations de Hamilton-Jacobi sur réseaux. L’étude se décompose en l’homogénéisation théorique, où l’Hamiltonien effectif dépend du déphasage, puis l’obtention de propriétés qualitatives de cet Hamiltonien à l’aide d’observations via des simulations numériques. Le troisième chapitre présente des résultats d’homogénéisation en milieu presque périodique. On étudie tout d’abord un problème d’évolution avec un Hamiltonien stationnaire, presque périodique en espace. À l’aide d’arguments presque périodiques, on effectue dans un second temps une nouvelle preuve du résultat d’homogénéisation du second chapitre. L’Hamiltonien est alors périodique en temps et presque périodique en espace. Sont également présentes des questions encore ouvertes, notamment dans le cas où l’Hamiltonien est presque périodique en temps-espace, et dans le cas d’un modèle de trafic où les feux sont assez proches, avec donc un modèle microscopique entre les feux / This thesis report deals with the homogenization in space and time of some first order Hamilton-Jacobi equations. It contains two contributions. The corresponding equations are derived from traffic flow modelling. We finally present some results of almost periodic homogenization. In the first chapter, we consider a one dimensional pursuit law with delay which is derived from traffic flow modelling. It takes the form of an infinite system of first order coupled delayed equations. Each equation describes the motion of a driver who interacts with the preceding one: such a model is referred to as a ``follow-the-leader" model. We take into account the reaction time of drivers. We derive a macroscopic model, namely a Hamilton-Jacobi equation, by a homogenization process for reaction times that are below an explicit threshold. The key idea is to show, that below this threshold, a strict comparison principle holds for the infinite system. Above this threshold, we show that collisions can occur. In a second time, for well-chosen dynamics and higher reaction times, we show that there exist some microscopic pursuit laws that do not lead to the previous macroscopic model. Such a law is here derived as a perturbation of the stationnary solution, for which all the vehicles are equally spaced at initial times. The second chapter is dedicated to the homogenization of a Hamilton-Jacobi equation for traffic lights. We consider an infinite road where lights are equally spaced and with a constant phase shift between two lights. This model takes the form of a first order Hamilton-Jacobi equation with an Hamiltonian that is discontinuous in the space variable and the notion of viscosity solution is the one introduced by C. Imbert and R. Monneau (2017). Each light is modelled as a time-periodic flux limiter and the traffic flow between two lights corresponds to the classical LWR model. The global Hamiltonian will be time-periodic but not periodic in space for a general phase shift. We first show that the rescaled solution converges toward the solution of the expected macroscopic model where the effective Hamiltonian depends on the phase shift. In a second time, numerical simulations are used to analyse the effect of the phase shift on the effective Hamiltonian and to reveal some properties of the effective Hamiltonian from the numerical observations. In the third chapter, we are interested in some homogenization problems of Hamilton-Jacobi equations within the almost periodic setting which generalizes the usual periodic one. The first problem is the evolutionary version of the work cite {ishii2000almost}, with the same stationary Hamiltonian. The second problem has already been solved in the second chapter but we use here almost periodic arguments for the time periodic and space almost periodic Hamiltonian. We only study the ergodicity of the associated cell problems. We finally discuss open problems, the first one concerning a space and time almost periodic Hamiltonian and the second one being a microscopic model for traffic flow modelling where the Hamiltonian is almost periodic in space

Na literatura de controle, os controladores preditivos disponíveis apresentam aplicações limitadas em processos com características integradoras. Uma dessas limitações está relacionada às propriedades estabilizantes que surgem da lei de controle quando o sistema é colocado em malha fechada. O principal objetivo dessa dissertação é desenvolver um algoritmo de controle preditivo, nominalmente estável, baseado num horizonte de predição infinito das saídas do sistema. Para essa finalidade, uma representação existente em variáveis de estado é analisada e estendida para ser capaz de ser aplicável para processos estáveis e integradores, com tempo morto. Dois métodos distintos que garantem a estabilidade de sistemas integradores foram desenvolvidos com um MPC de horizonte infinito. Para o caso de realimentação de estado, a estabilidade nominal do MPC proposto foi provada para os dois métodos e a eficiência dos controladores foi verificada através de exemplos da literatura de controle. Um dos controladores foi também aplicado em um processo de destilação de uma refinaria de petróleo. O algoritmo desenvolvido foi estendido para o caso de realimentação das saídas com a inclusão do filtro de Kalman para a estimativa dos estados do modelo. A aplicação do controlador em um sistema com diferentes tempos mortos entre as variáveis integradoras foi também estudada. / In the control literature, the available predictive controllers show limitations to be applied in processes that have integrating behavior. One of these limitations is related to the stabilizing properties of the resulting control law when the system is in closed loop. The main objective of this work is to develop a nominal stable control algorithm based on infinite prediction of system outputs. For this purpose an existing state space representation is explored and extended in order to be able to be applied to stable and integrating process with dead time. Two distinct methods to assure stability of integrating systems were developed for the infinite horizon MPC. For the case of state feedback, nominal stability of the resulting MPC was proved for the two methods and the efficiency of the controllers was verified through examples of the control literature. One of the controllers was also applied to an industrial distillation process of a petroleum refinery. The developed algorithm was extended to the output feedback operation with the inclusion of a Kalman filter for estimation of the model states. The application of the controller to a system with different dead times between integrating variables was also studied.

Na literatura de controle, os controladores preditivos disponíveis apresentam aplicações limitadas em processos com características integradoras. Uma dessas limitações está relacionada às propriedades estabilizantes que surgem da lei de controle quando o sistema é colocado em malha fechada. O principal objetivo dessa dissertação é desenvolver um algoritmo de controle preditivo, nominalmente estável, baseado num horizonte de predição infinito das saídas do sistema. Para essa finalidade, uma representação existente em variáveis de estado é analisada e estendida para ser capaz de ser aplicável para processos estáveis e integradores, com tempo morto. Dois métodos distintos que garantem a estabilidade de sistemas integradores foram desenvolvidos com um MPC de horizonte infinito. Para o caso de realimentação de estado, a estabilidade nominal do MPC proposto foi provada para os dois métodos e a eficiência dos controladores foi verificada através de exemplos da literatura de controle. Um dos controladores foi também aplicado em um processo de destilação de uma refinaria de petróleo. O algoritmo desenvolvido foi estendido para o caso de realimentação das saídas com a inclusão do filtro de Kalman para a estimativa dos estados do modelo. A aplicação do controlador em um sistema com diferentes tempos mortos entre as variáveis integradoras foi também estudada. / In the control literature, the available predictive controllers show limitations to be applied in processes that have integrating behavior. One of these limitations is related to the stabilizing properties of the resulting control law when the system is in closed loop. The main objective of this work is to develop a nominal stable control algorithm based on infinite prediction of system outputs. For this purpose an existing state space representation is explored and extended in order to be able to be applied to stable and integrating process with dead time. Two distinct methods to assure stability of integrating systems were developed for the infinite horizon MPC. For the case of state feedback, nominal stability of the resulting MPC was proved for the two methods and the efficiency of the controllers was verified through examples of the control literature. One of the controllers was also applied to an industrial distillation process of a petroleum refinery. The developed algorithm was extended to the output feedback operation with the inclusion of a Kalman filter for estimation of the model states. The application of the controller to a system with different dead times between integrating variables was also studied.

Une étude expérimentale de la vaporisation de goutte d'éthanol et de propan-1-ol a été réalisée. Le dispositif expérimental est constitué d’une enceinte chauffée à l’intérieur de laquelle se trouve le support de goutte. Il est formé par deux fibres en quartz croisées. La goutte d'alcool se trouve à l'intersection de ces fibres. Le diamètre initial de la goutte est contrôlé, il varie entre 300 et 600µm. L’étude est faite de 298 à 973K et à pression atmosphérique. La théorie de l’état quasi-stationnaire est utilisée pour comparer et expliquer tous les résultats expérimentaux. L'impact réel de la concentration d'eau sur la vaporisation d'une goutte d'éthanol est également examiné. Deux périodes sont observées sur les courbes en d2. Ceci montre clairement que la vaporisation d'une goutte d'éthanol est accompagnée par la condensation de la vapeur d'eau à la surface de la goutte. L’évolution des taux instantanés de vaporisation du propan-1-ol et de l'éthanol confirme ce phénomène. Les délais d’autoinflammation de l'éthanol, du propan-1-ol et des mélanges d'éthanol et de l'eau ont été mesurés dans une machine de compression rapide. Les conditions de l’étude sont : une pression de compression de 30bar, la gamme de température variant de 750 à 860K, pour des mélanges stoechiométriques carburant/air. Les délais d’autoinflammation enregistrés diminuent lorsque la température augmente. Le propan-1-ol est plus réactif que l'éthanol, ce qui se traduit par des délais d’autoinflammation plus courts. Cependant, l'addition de l'eau à l'éthanol augmente la réactivité du mélange et se traduit par une réduction des délais d’autoinflammation / Detailed investigation of the vaporization of an isolated of ethanol and 1-propanol droplet was carried out in this experimental study. The experimental set-up consists of a heated chamber with a cross quartz fibers configuration as droplet support. An alcohol droplet is located at the intersection of the cross quartz fibre with a controlled initial diameter (300-600µm). Ambient temperature is varied from 298 to 973K at atmospheric pressure. The quasi-steady theory has been used to compare and to explain all experimental results. The real impact of the water concentration on the vaporization rate of an ethanol droplet is also examined, where two ‘quasi-steady’ periods are observed on the d2-curves, clearly showing that the vaporization of an ethanol droplet is accompanied by the simultaneous condensation of water vapour on the droplet surface and thus the temporal evolution of the droplet squared diameter exhibits an unsteady behavior. The histories of the instantaneous vaporization rates of both 1-propanol and ethanol droplets confirm this phenomenon. The autoignition experimental study of ethanol, 1-propanol and blends of ethanol and water have been carried out in a rapid compression machine at a compressed pressure of 30bar over a temperature range of 750-860K for stoichiometric mixture of fuel and air. The ignition delay times recorded show a significant decrease with increasing temperature. 1-propanol is more reactive than ethanol, which results in shorter ignition delay times. However, water addition to ethanol increases the reactivity of the mixture and results in a shorter ignition delay times than 1-propanol

Sur l’île de Majorque (Espagne), l’exploitation en continue de la nappe aquifère a favoriséla formation d’un biseau salé et l’épuisement de la ressource en eau potable. En 2002, un projet nommé ALIANCE, financé par l’Union européenne, a été lancé pour permettre une meilleure caractérisation des réservoirs. L’objectif est de concevoir un plan de gestion durable des ressources en eau dans les zones côtières aquifères sujets aux problèmes d’intrusion d’eau salée. Dans cet optique, un site expérimental près de la ville de Campos (Majorque) a été créé, avec la mise en place de plusieurs puits au sein d’un milieu karstique carbonaté. Des études pétrophysiques sur des échantillons ont été réalisées ainsi que différentes prospections géophysiques dans la zone saturée (tomographie puits à puits). Ce type d’études est utile pour déterminer certaines propriétés réservoirs telles que la porosité, mais sont limitées à la zone saturée au voisinage des puits. Ainsi, une étude sismique 3D haute résolution a été réalisée pour localiser les principaux réflecteurs, leurs répartitions sur la zone et imager les hétérogénéités du réservoir dans la zone non saturée. L’acquisition et le traitement de données sismiques lors de prospection de subsurface est une tâche difficile en raison de plusieurs facteurs, notamment logistique et technique. Cependant, cette acquisition 3D haute résolution a été optimisée pour imager une structure peu profonde, à savoir une centaine de mètres. Différentes stratégies de traitement de données ont été appliquées pour éliminer de manière efficace le bruit sur les données, et une technique de calcul de correction statique, basée sur l’inversion des temps de premières arrivées, a été mise au point. Différents attributs sismiques ont été extraits et utilisés pour la caratérisation du réservoir. La propagation des ondes sismiques est limitée par la nature des roches carbonatées et la création d’ondes de Rayleigh. Un obstacle majeur rencontré lors du traitement des données sismiques a été la présence d’ondes de Rayleigh de fortes amplitudes, d’une part due à l’utilisation d’une source en surface et d’autre part en raison des hétérogénéités de petite tailles. Un "mute" de ces ondes de surface a été réalisé avant d’imager la structure profonde. De multiples problèmes d’interférences sont également dus aux nombreuses hétérogénéités, à l’atténuation rapide du contenu hautes-fréquences des signaux et au contraste d’impédance avec les couches sous-jacentes. L’interprétation finale nous amène à observer que le réflecteur principal est très irrégulier sur une zone d’étude de petite taille à l’échelle d’un réservoir. L’analyse de différents attributs sismiques révèle clairement des structures et hétérogénéités typiques des systèmes karstiques. / Continuous water extraction and intrusion of salt water in the coastal aquifer of the islandof Mallorca (Spain) is depleting the fresh water aquifers. In 2002 a project named ALIANCE,funded by European Union, was initiated for better reservoir characterization and to devisethe sustainable management plan of the water resources in coastal aquifers suffering from salt water intrusion. For this purpose an experimental site near the Campos town on the island of Mallorca (Spain) was developed. Several wells on the site were drilled and cored. Extensive studies are carried out to characterize the reservoir by studying the well cores. Different geophysical tomographic studies are also carried out for these drilled wells in the saturated zone. Laboratory study of cores, petrophysical studies and several tomographic studies were helpful to construct the reservoir porosity system and other reservoir properties. But these all studies are restricted to saturated zone and in the vicinity of the wells. High resolution 3D seismic survey is carried out on this site to locate the different characteristic reflectors, their spatial presence over the area and reservoir heterogeneity in the unsaturated zone. Seismic data acquisition and processing for the shallow surveys is a difficult task due to number of factors including logistic and technical. Nonetheless high resolution 3D seismic survey is acquired with optimized parameters to image the required zone. Different data processing strategies are applied to get a noise free high resolution image. A technique for static correction calculation based on the delay time inversion is developed.Energy penetration in the subsurface was hampered due to carbonate rock nature and forced generation of Rayleigh waves. The processing of the seismic data was difficult due to overwhelming high amplitude Rayleigh waves that are generated partly due to use of the surface source and partly due to the small scale heterogeneities. Rayleigh wave muting is performed to obtain the meaningful image. Due to heterogeneities, attenuation of high frequency content of the signals and impedance contrast of the underlying layers result in interference. Different seismic attributes are extracted and used for reservoir characterization. From the interpretation of data it is evident that even for this small area the shape of the main reflector varies considerably in the area. Seismic attributes reveal karsts and other structural heterogeneities in the area.

Les convertisseurs électroniques font actuellement l'objet d'intensives recherches en raison de l'intérêt grandissant pour l'électronique de puissance. Ceci est principalement dû au grand nombre d'applications dans lesquelles ils apparaissent, comme, par exemple, dans les ordinateurs et téléphones portables, les véhicules, les équipements électroniques industriels, les grands systèmes de communication et bien plus encore. Ces investigations portent particulièrement deux points. Le premier concerne la recherche de topologies de convertisseurs dédiées à chaque application. Le second point traite de la conception de mécanismes de contrôle assurant que les objectifs de conversion sont satisfaits. Ma thèse se concentre sur l'élaboration des solutions de contrôle pour deux types de convertisseurs, qui ont des propriétés et des applications intéressantes. Les convertisseurs considérés sont, premièrement, un inverseur type « boost », et ensuite, un convertisseur « DC-DC VddHopping » pour les applications de faible puissance. Dans le premier cas, l'inverseur type boost, l'objectif de contrôle peut être vu comme la génération d'un cycle limite stable. Ce cycle limite est défini par une amplitude et une fréquence données. Les tensions de sortie des deux parties du système présentent, pour cette fréquence, un comportement sinusoïdal avec un changement de phase pré-spécifié. De plus, la loi de commande doit inclure des propriétés de robustesse par rapport à un certain nombre de contraintes. Par exemple, nous considérerons le cas de charges connues mais aussi inconnues. Un autre objectif important est de déterminer un ensemble de valeurs initiales de voltage et de courants, pour lesquelles les variables du système tendent vers leurs équilibres lorsque la loi de commande est appliquée à l'investisseur « boost». La deuxième partie de la thèse met l'accent sur le contrôle du convertisseur Vdd-Hopping DC-DC, consacré à des technologies de faible puissance. Ce travail se situe dans le cadre du projet national français appelé ARAVIS, parrainé par le pôle de compétitivité international Minalogic. Bien que ce soit aussi un convertisseur, la structure et la dynamique de ce système ainsi que les objectifs de contrôle sont radicalement différents du précédent. Ici il s'agit d'un système non linéaire du premier ordre. La sortie doit atteindre une valeur constante désirée et certaines requêtes exigées pour des systèmes de faible puissance doivent être satisfaites, telles qu'une haute efficacité, la stabilité de l'équilibre, la robustesse de l'équilibre incluant des retards et des incertitudes sur les paramètres, des phases transitoires rapides, la fiabilité, etc...

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