Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5177.pdf: 16843754 bytes, checksum: 0b2e8c0ee3f79df315d62b9151b7e100 (MD5) Previous issue date: 2013-04-12 / Universidade Federal de Minas Gerais / Avalanches are sudden dramatic phenomena that occur in nature. The technique of magneto-optical imaging (MOI) has allowed us to observe abrupt flux entrances in superconductors, the so-called ux avalanches, due to thermomagnetic instabilities in the vortex matter. Their morphology is fascinating, especially in superconducting thin films, where they develop in dendritic patterns. From a practical point of view, the flux avalanches undermine applications of superconducting thin films. In the last years, however, several steps have been reached to fully understand the fundamental physics of the phenomenon and also on how to suppress their occurrence. The present thesis deals with the study of flux avalanches in structured superconducting thin films. We have studied crystalline Nb and amorphous Mo79Ge21 thin films decorated with arrays of antidots (ADs or holes) produced by electron beam lithography. The magnetic response of these specimens has been investigated by means of MOI, dc magnetization and ac susceptibility. Firstly, we have established a link among those three techniques in the regime dominated by flux avalanches. We have observed that the reentrant behavior in the ac susceptibility at low temperatures occurs as a consequence of flux avalanches. Essentially, there is reuse of the channels created by the first ac cycle in a regime where the signal is weakly dependent on the temperature. Our results show that measurements of ac susceptibility versus ac field amplitude can be used to detect flux avalanches, since the signature of the flux avalanches appears as noisy curves of both ac susceptibility components. As a consequence, the critical current density as a function of temperature [Jc.T ] obtained by using the Bean model whose validity is assured by Cole-Cole plots is smooth for higher temperatures and, below a certain temperature onset, a non-smooth and noisy behavior takes place due to the avalanches. The temperature dependence of Jc.T,H was determined for different values of the applied magnetic field. The stability/instability frontier was then identified as the limiting temperature below which the curve Jc.T,H becomes noisy, indicating the occurrence of avalanches. Associated with this limiting temperature, the threshold critical current density to trigger avalanches is essentially independent of the magnetic field. This frontier corresponds to the upper threshold limit for the occurrence of avalanches. The effect in a thin film of a graded distribution of ADs which follows nearly the flux profile described by the Bean model has been studied. Compared to the uniform distribution, there is an increase of the critical current density at low fields. Moreover, viii the flux avalanches, highly induced by the presence of an array of ADs, have their activity reduced in temperature and magnetic field. For the first time, flux avalanches have been visualized in amorphous Mo79Ge21 thin film, both in plain and decorated thin films. Finally, we have investigated the influence of the lattice symmetry and AD geometry on the flux avalanche morphology. We have observed avalanches with the habit of forming trees where the trunk is parallel to the main axis of the square lattice and the branches form angles of 45 degrees. In addition to that, we have found an anisotropic penetration in a Nb thin film decorated with a square lattice of triangular ADs. Besides that, a sample having one half of the ADs in the form of squares, and the other half being circles, has been observed to present avalanches of different morphologies on each of its halves. We have also studied an a-MoGe thin film with a centered rectangular 2D Bravais lattice with square ADs which shows penetrations with different angles depending on the edge. The overall features of the avalanches, and in particular the 45-degree direction of the branches, have been confirmed by numerical simulations using the thermomagnetic model. Superconductivity, structured thin films, flux avalanches, magneto-optical imaging. / Avalanches são eventos repentinos e dramáticos que ocorrem na natureza. A técnica de imageamento por magneto-ótica (MOI) tem permitido visualizar a penetração abrupta de fluxo em supercondutores, as chamadas avalanches de fluxo, que ocorrem devido a instabilidades termomagnéticas na matéria de vórtices. A morfologia dessas avalanches de fluxo em filmes finos supercondutores prístinos é singular e se desenvolve de maneira dendrítica, isto é, com ramificações. Do ponto de vista prático, as avalanches de fluxo são prejudiciais para aplicações dos filmes finos supercondutores. Nos últimos anos, no entanto, tem-se alcançado um bom entendimento da física básica do fenômeno, bem como maneiras para suprimir essas avalanches. Esta tese trata do estudo de avalanches de fluxo em filmes finos com uma estrutura de defeitos. Para tal, usamos filmes finos cristalinos de Nb e amorfos da liga Mo79Ge21 decorados com arranjos de antidots (ADs), ou buracos, produzidos por litografia por feixe de elétrons. A resposta magnética desses filmes foi investigada através de MOI, magnetização dc e suscetibilidade ac. Na primeira parte dos resultados, uma conexão entre essas técnicas foi estabelecida no regime de avalanches de fluxo. Foi observado que o comportamento reentrante da suscetibilidade ac em baixas temperaturas ocorre devido `as avalanches de fluxo. Essencialmente, há o reuso dos caminhos ou canais criados pelo primeiro ciclo ac em um regime em que o sinal é fracamente dependente da temperatura. Esses resultados também mostraram que a suscetibilidade ac pode ser usada para detectar avalanches de fluxo, seja pela construção da curva de corrente critica dependente da temperatura Jc.T ou monitorando o ruído nas curvas do tipo Cole-Cole. Assim, a fronteira de instabilidades termomagnéticas/estabilidade foi construída variando-se o campo dc aplicado, tendo sido obtido, um limiar constante de Jc.T para o disparo das avalanches. Essa observação está de acordo com o modelo termomagnético e refere-se ao limite superior da ocorrência das avalanches de fluxo. Também foi estudado o efeito da inserção de um arranjo de antidots distribuídos de maneira gradiente, que segue aproximadamente a distribuição de fluxo descrita pelo Modelo de Bean. Comparada com uma distribuição uniforme, um aumento da densidade de corrente crítica foi observada para a região de baixos campos. Além disso, as avalanches de fluxo, que são altamente induzidas pela presença de ADs, apresentaram uma redução em sua ocorrência, tanto em magnitude do campo magnético aplicado quanto em temperatura. Pela primeira vez, foram observadas avalanches de fluxo em filmes finos amorfos de Mo79Ge21 com e sem uma rede de ADs. x Por fim, a influência da simetria da rede e da geometria do antidot na morfologia das avalanches de fluxo foi investigada. Para filmes finos decorados com uma rede quadrada de ADs quadrados, as avalanches têm o tronco paralelo ao eixo principal da rede de ADs, com ramificações em ângulos de 45 graus como em uma árvore de Natal. Além disso, penetrações abruptas anisotrópicas foram vistas em um filme fino de Nb decorado com uma rede quadrada de ADs triangulares. Uma mudança na morfologia das avalanches também foi observada em um filme com metade dos ADs quadrados e a outra metade circular. Também foram observadas penetrações com diferentes ângulos em uma rede retangular centrada de ADs quadrados dependendo da borda. Por fim, as características gerais das avalanches, em particular a de ramificações em 45 graus, foram confirmadas por simulações numéricas usando o modelo termomagnético.

L'impact des modifications climatiques et de l'augmentation de la démographie sur le cycle de l'eau et de l'énergie dans la région ouest africaine passe par la quantification des échanges entre les différents couverts de la surface continentale et l'atmosphère. Toutefois, la compréhension du rôle des interactions entre la surface et l'atmosphère dans la dynamique de la mousson ouest africaine est limitée par le manque d'observations dans cette région. Cette thèse porte sur l'étude des flux turbulents, en particulier l'évapotranspiration réelle, en climat soudanien. Les deux couverts étudiés sont une forêt claire (site de Bellefoungou) et une mosaïque de culture/jachère (site de Nalohou), situés dans la région du Nord – Bénin. On dispose de quatre années de mesures (2007 à 2010). Les sites d'étude font partie de l'observatoire hydro – météorologique AMMA – CATCH.Les données de flux turbulents de l'atmosphère ont été mesurées avec la technique d'eddy covariance. La partition énergétique des flux a été examinée à travers la fraction évaporative (EF) et le rapport de Bowen (β) aux échelles diurne, saisonnière et inter-annuelle. Des caractéristiques de surface (conductance de surface et aérodynamique) et le coefficient de découplage ont été calculés pour interpréter la dynamique de l'évapotranspiration réelle.L'analyse des résultats est basée sur un découpage du cycle saisonnier suivant quatre phases du cycle de la mousson : la saison sèche, la saison humide, les phases d'humidification et d'assèchement de l'atmosphère. Aux échelles diurne et saisonnière, on montre que le taux d'évapotranspiration réelle de la forêt est toujours supérieur à celui de la mosaïque de culture/jachère quelle que soit la saison. L'évapotranspiration réelle demeure non nulle en saison sèche sur le site de Nalohou malgré les conditions de surface peu favorables à ce processus. En saison humide, après le saut de mousson, la partition énergétique des flux atteint un régime stationnaire avec une moyenne égale à 0,75 à Bellefoungou et 0,70 à Nalohou pour les 4 années étudiées. Le rapport de Bowen pris dans le même ordre est environ de 0,4 et 0,6 traduisant ainsi, en dépit des conditions humides, la part non négligeable du flux de chaleur sensible sur les deux couverts végétaux. La différence de rugosité entre les deux couverts végétaux entraîne une conductance aérodynamique nettement supérieure à Bellefoungou par rapport à Nalohou. On montre également que la végétation du site de Nalohou est plus efficace en transpiration pendant la saison humide que celle du site de Bellefoungou. A l'échelle inter-annuelle, on n'a pas pu mettre en évidence une relation entre flux de chaleur latente et pluviométrie pour les quatre années étudiées qui sont toutes des années excédentaires. Cependant nous avons observé que le rayonnement net explique la majeure partie de la variabilité inter-annuelle des flux turbulents.Enfin, nous avons également montré avec le coefficient de découplage que la surface soudanienne et l'atmosphère restent couplées toute l'année. Ce fonctionnement de l'interface surface – atmosphère reflète le rôle majeur que jouent les conditions de surface dans la variabilité saisonnière de l'évapotranspiration réelle. Les résultats issus de cette étude donnent une première estimation des flux de chaleur latente et de chaleur sensible sur une forêt claire et une mosaïque de culture/jachère en climat soudanien. Ils sont d'une importance capitale pour la paramétrisation et la validation des modèles de surface ainsi que pour la quantification robuste de la ressource en eau disponible en surface pour l'agriculture, principale activité génératrice de revenus des populations locales. / Assessing the impact of climate and anthropic changes on the water and energy cycles, mainly rely on the quantification of the transfer between the various land covers and the atmosphere. Nevertheless the land – atmosphere interactions in the West African monsoon dynamic is not yet well understood because of the lack of observations in this region. This thesis focuses on the analysis of the sensible and latent heat fluxes under Sudanian climate. The two studied land covers are a clear forest (Bellefoungou) and a cultivated area (Nalohou), located in northern Benin, during four years (2007-2010). The study sites are a part of the hydro – meteorological AMMA – CATCH observatory.Turbulent fluxes were measured with the eddy covariance technique.The flux partitioning was investigated through the evaporative fraction (EF) and the Bowen ratio (β) at diurnal, seasonal and inter-annual scales. Surface characteristics (surface and aerodynamical conductance) and the decoupling factor were calculated to interpret the dynamic of the actual evapotranspiration.The analysis was performed according to four different stages of the monsoon cycle: dry and wet seasons drying and moistening intermediate stages. At diurnal and seasonal scales, actual evapotranspiration was always higher on the forest than on the cultivated area. It remained non zero during the dry season at Nalohou despite surface conditions which were not favorable to this process. During the wet season, after the monsoon onset, EF remained steady with a mean seasonal value of 0.75 at Bellefoungou and 0.70 at Nalohou for the four studied years. The Bowen ratio was 0.4 and 0.6 respectively, thus the sensible heat flux was significant on the two contrasted vegetation covers during the wet season. The contrasted roughness length of the two vegetation covers led to a highest aerodynamic conductance at the clear forest site. The mixed of crop/fallow was shown to be more efficient than the clear forest regarding wet season transpiration. At the inter-annual scale, no relationship can be evidenced between evapotranspiration and annual rainfall for the studied period (2007-2010), which was rather rainy. Nevertheless, the net radiation explains the main part of turbulent fluxes inter-annual variation.Finally, complete surface atmosphere decoupling was never observed. This property of the surface – atmosphere interface underlines the key role of the surface conditions in the actual evapotranspiration. Our results provide a first estimate of the latent and sensible heat fluxes over a clear forest and a mixed crop/fallow under sudanian climate. They are relevant to land surface models parametrisation or evaluation and to a robust quantification of the water resources for agriculture, the main economic activity in this region.

L'un des enjeux actuel de la neutronique concerne la propagation rigoureuse des incertitudes d'entrée (e.g. données nucléaires, tolérances de fabrications, etc.) aux résultats finaux calculés par les codes (e.g. keff, taux de réaction, etc.). Pour propager les incertitudes, il est de coutume de faire l'hypothèse de petites variations autour d'une référence et de calculer, dans un premier temps, des profils de sensibilités. Or, les codes Monte-Carlo, qui se sont imposés comme des références de calcul, ne possèdent pas -- ou n'ont intégré que très récemment -- un moyen direct de calculer des sensibilités et donc de réaliser un calcul précis d'incertitudes. Les approches déterministes, elles, permettent le calcul de ces sensibilités mais introduisent parfois de très fortes hypothèses, notamment sur la géométrie.Le premier objectif de se travail de thèse est d'introduire dans le code Monte Carlo du CEA de transport des neutrons, TRIPOLI-4, des méthodes à même de calculer des profils de sensibilités du keff aux données nucléaires ou à toute autre perturbation. Pour cela, il a d'abord été nécessaire de mettre en place le calcul du flux adjoint d'un milieu critique. Pour la première fois, et grâce aux développements informatiques de ce travail, il a été possible de calculer dans un cas réel, concret, et applicatif, des spectres de flux adjoints en un point quelconque d'un réacteur. Ceci a été réalisé à l'aide de la probabilité itérée de fission (Iterated Fission Probability ou IFP) qui assimile le flux adjoint à l'importance d'un neutron dans un réacteur exactement critique. Ce calcul de flux adjoint a, par la suite, ouvert la porte au premier développement d'une méthode de calcul de « perturbations exacte » en Monte Carlo, théorie qui permet de s'affranchir des hypothèses de petites variations, et qui ouvre la porte à certaines applications jusqu'alors difficiles à analyser.Au delà de l'analyse poussée de la méthode IFP et de son application au calcul de flux adjoint, cette thèse propose également, d'obtenir dans le code TRIPOLI-4, les paramètres cinétiques d'un réacteur pondérés par le flux adjoint ou bien des aires de migration. A cette fin, l'implémentation reprend et améliore un algorithme déjà développé par la communauté scientifique pour estimer des perturbations au premier ordre. / A key issue in nowadays Reactor Physics is to propagate input data uncertainties (e.g. nuclear data, manufacturing tolerances, etc.) to nuclear codes final results (e.g. keff, reaction rate, etc.). In order to propagate uncertainties, one typically assumes small variations around a reference and evaluates at first sensitivity profiles. Problem is that nuclear Monte Carlo codes are not -- or were not until very recently -- able to straightforwardly process such sensitivity profiles, even thought they are considered as reference codes.First goal of this PhD thesis is to implement a method to calculate keff-sensitivity profiles to nuclear data or any perturbations in TRIPOLI-4, the CEA Monte Carlo neutrons transport code. To achieve such a goal, a method has first been developed to calculate the adjoint flux using the Iterated Fission Probability (IFP) principle that states that the adjoint flux at a given phase space point is proportional to the neutron importance in a just critical core after several power iterations. Thanks to our developments, it has been made possible, for the fist time, to calculate the continuous adjoint flux for an actual and complete reactor core configuration. From that new feature, we have elaborated a new method able to forwardly apply the exact perturbation theory in Monte Carlo codes. Exact perturbation theory does not rely on small variations which makes possible to calculate very complex experiments.Finally and after a deep analysis of the IFP method, this PhD thesis also reproduces and improves an already used method to calculate adjoint weighted kinetic parameters as well as reference migrations areas.

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique du dimensionnement de structures innovantes de génératrices, à savoir les machines à flux axial ou encore discoïdes, destinées aux éoliennes de grande puissance allant jusqu'à deux dizaines de mégawatts. Les machines synchrones à aimants permanents à flux axial étant intrinsèquement tridimensionnelles, l'optimisation de leur dimensionnement nécessite un modèle dimensionnant tridimensionnel et multiphysique qui peut être, de par sa nature 3D, très consommateur en mémoire et en temps de calcul. On se propose donc, dans ce mémoire, de développer une approche de modélisation par constantes localisées offrant un très bon rapport entre vitesse de calcul et précision afin d'accélérer de façon significative les premières phases de la procédure de dimensionnement. L'approche par constantes localisées peut par ailleurs s'appliquer de manière similaire aux principales physiques concernées (magnétique, thermique et mécanique). Plus particulièrement pour la partie magnétique, l'approche par constantes localisées est mise en œuvre par le biais de réseaux réluctants magnétiques génériques. Le principe de la méthode développée repose sur le découpage de la géométrie de la machine en volumes élémentaires finis parallélépipédiques à l'instar de qui est fait avec la méthode des éléments finis. En effet, chaque volume élémentaire étant modélisé par un réseau réluctant local, le découpage de la géométrie conduit à la génération automatique du système algébrique magnétique de la structure et dont la solution fournit la distribution locale du potentiel scalaire magnétique aux nœuds des volumes élémentaires. Cette approche de modélisation a été implémentée dans un code de calcul interne au GREAH. La modélisation de la génératrice à flux axial par réseaux réluctants a été validée par des simulations 2D et 3D par éléments finis. Le code de calcul développé intègrera les travaux en cours sur les modèles thermique et mécanique au GREAH afin d'aboutir à un code de calcul multi-physique par constantes localisées / The aim of this PhD thesis is to propose a design approach of the axial flux permanent magnet synchronous generator for multi megawatts wind converter application. The axial flux permanent magnet synchronous machine being intrinsically three dimensional, a 3D multiphysics sizing model is needed in order to conduct an efficient optimal design of this type of machines. Unfortunately, 3D multiphysic models are generally issued from finite element method. So, they are very heavy to be handled in a reduced time from an engineer point of view and especially at the first stages of the design procedure. In order to address the faster axial flux machine design, this PhD thesis develops a lumped parameters approach modelling offering a good computation time to precision ratio and thus helping to reduce considerably the spent time in the first stages design procedure. The lumped parameters modelling approach is also well suited for the modelling of the three main physics to be considered in an electrical generator (magnetic model, thermal model and mechanical model). For the magnetic model, the lumped parameters approach consists, in this thesis, in the development of a generic magnetic reluctance network linked to the machine geometry. In fact, the latter is divided into parallelepipedic elementary volumes, each of them is modelled by a local reluctance network. The reluctance network of the hole machine geometry results then automatically in an algebraic magnetic system, the solution of which provides the distribution of the scalar magnetic potential at the elementary volume nodes. The described lumped parameters modelling was implemented in a computational code developed at the GREAH Lab. The effectiveness of the reluctance network axial flux machine modelling was validated by 2D and 3D finite element simulations. The lumped parameters computational code will regroup the ongoing developments of thermal and mechanical models at the GREAH Lab in order to reach the completion of a mutliphysics lumped parameters computational code.

Este trabalho apresenta os resultados dos valores de fluxo de nêutrons obtidos a partir da implantação de uma armadilha de nêutrons no núcleo do Reator IPEN/MB-01. Foram analisadas várias configurações de armadilhas implantadas no núcleo do reator IPEN/MB-01 de forma a se eleger a armadilha mais eficiente. Para a caracterização energética, foram irradiados no centro da armadilha de nêutrons, detetores de ativação de vários materiais diferentes (Au, Sc, In, Ti, Ni). As respectivas espectrometrias gama desses elementos após a irradiação com e sem cobertura de cádmio, forneceram valores experimentais das taxas de reação nuclear (atividade de saturação) por núcleo alvo e as respectivas incertezas que servem de entrada ao código SANDBP que calculou o espectro de energia dos nêutrons no centro do Flux-Trap em 50 grupos de energia, utilizando-se dos espectros de entrada calculados na posição de irradiação (centro do \"Flux Trap\") por códigos de Física de Reatores. Os resultados obtidos constataram um aumento do fluxo de nêutrons térmico no centro da armadilha da configuração 203 em relação a configuração sem armadilha (padrão) da ordem de 350% sem contudo haver a necessidade de se aumentar a potência do reator. Foram também efetuadas comparações entre os espectros desdobrados obtidos pelo SANDBP, em relação aos calculados pelos códigos MCNP-4C e XSDRNPM. A caracterização espacial do fluxo de nêutrons térmicos é feita com folhas de ativação na forma de uma liga infinitamente diluída em massa de 1% de Au e 99% de Al em alguns pontos internos da configuração 203 (axialmente ao Flux Trap\" e adjacências radiais) e os resultados mostraram um aumento significativo da magnitude de seus valores quando comparados a configuração padrão retangular. / This paper presents the results of the neutron flux values obtained from the deployment of a Flux Trap of neutrons in the reactor core IPEN/MB-01. We analyzed several configurations of Flux Traps deployed in the reactor core IPEN/MB-01 in order to get elected to Flux Trap configuration more efficient. To characterize the neutron spectrum were irradiated in the center of the Flux Trap activation detectors of different materials (Au, Sc, In, Ti, Ni). The respective gamma spectroscopy of these elements after irradiation with and without cadmium cover, provided the experimental values of the nuclear reaction rates (saturation activity) by the target nuclei and their uncertainties used as input to the code SANDBP who calculated the energy spectrum of neutrons in the center of the \"Flux-Trap\" in 50 energy groups, using the input spectra calculated at the irradiation position (center of the \"Flux Trap\") by codes for Reactor Physics. The results found an increase in the thermal neutron flux in the center of the Flux Trap configuration 203 for the standard configuration (default) of about 350% without having the need to increase the reactor power. We also made comparisons between the spectra obtained by SANDBP deployed, compared to those calculated by MCNP-4C code and XSDRNPM. The spatial characterization of the thermal neutron flux is made with activation foils in the form of an infinitely dilute bulk alloy of 1% Au and 99% Al in some internal points of the configuration 203 (axially to Flux Trap \"and adjacent radial) and the results showed a significant increase in the magnitude of their values when compared to standard rectangular configuration.

La réduction de la consommation des bâtiments passe par : l'économie d'énergie, l'efficacité énergétique et l'utilisation des énergies renouvelables. Sur ce dernier point, l'intégration à grande échelle de composants photovoltaïques (PV) est une solution. Le rendement et la durée de vie des cellules PV en silicium cristalin diminuant avec l'augmentation de leur température de fonctionnement, il est essentiel de mettre au point des configurations d'intégration limitant leur échauffement. L'intégration en configuration de double-peau – la surface PV est séparée du bâtiment par une lame d'air – est une solution prometteuse. Sous l'effet de la chaleur, un écoulement de convection naturelle se met en place entre les deux parois, refroidissant ainsi les panneaux PV. Cet écoulement peut également servir de moteur pour la ventilation en été, et de préchauffage de l'air en hiver. Cette étude, expérimentale, fait partie d'un projet visant à comprendre le fonctionnement des double-peaux PV en analysant séparément les différents phénomènes physiques avant de prendre en compte l'ensemble des couplages. Elle porte plus particulièrement sur la convection naturelle au sein des double-façades verticales. Ici, la double-peau est modélisée par un canal vertical dont les deux parois principales sont chauffées sous des conditions de flux imposé. Un banc d'essais a été développé pour étudier la convection naturelle dans un canal vertical en eau. L'eau a été choisie pour se placer dans le cas d'un écoulement de convection pure (pas de rayonnement entre les parois). C'est un canal vertical de 65 cm de haut avec un écartement réglable placé dans une cuve de 1,5 m de haut contenant 160 L d'eau. Les parois sont chauffées à l'aide de 24 chaufferettes indépendantes délivrant un flux de chaleur uniforme, ce qui permet d'appliquer différentes configurations de chauffage. Des mesures de flux et de température sont réalisées au niveau des parois, et un système couplant de la velocimétrie laser Doppler deux composantes à un micro-thermocouple (25 μm) a été développé pour avoir accès aux vitesses verticale et horizontale et à la température dans le canal. Ce banc et son instrumentation sont décrits et les incertitudes de mesure associées ont été caractérisées. La configuration de chauffage uniforme symétrique a été étudiée ici pour différentes puissances injectées. Les profils de vitesse et de température moyennes mettent en évidence la présence d'un changement de régime d'écoulement dans le canal pour un nombre de Rayleigh indéntifié. L'étude approfondie des profils des fluctuations de vitesse et de température a permis de mettre au point une modélisation comportementale de ce changement de régime. De plus, une première approche est développée pour évaluer la pression dans le canal à partir de l'analyse et de l'estimation des différents termes de l'équation de conservation de la quantité de mouvement. / Reducing the building consumption passes through : energy saving, energy efficiency and the use of renewable energy sources for a local production of electricity. For the last point, the building integrated photovoltaic systems represent a promising solution. However, electrical yield and life time of silicon solar cells decrease with the increase of its operating temperature, that is why integrated configurations which limits cell overheating must be developed. The solution considered is the double-skin façade configuration : photovoltaic panels are separated from the building wall(or roof) by an opened air channel. This induces a natural convection flow that cools the rear surface of the photovoltaic panels. This flow can also be used for natural ventilation of buildings in summer or for air preheating in winter. This experimental study is part of a project on photovoltaic double-skin façades. In this project, each physical phenomena are analysed separately first, and the coupling between the different phenomena are studied in a second time. This thesis deals with the natural convection into the vertical double-skin façades. The system is modelled by a vertical channel with isoflux heating at the two mains walls. An experimental apparatus was developed in the laboratory for studying natural convection in water in a vertical channel. Water is used as the working fluid to avoid radiative heat transfer and obtain a pure convective flow. The channel is 65 cm high with an adjustable gap. It is placed in a 1.5 m high glass tank filled with 160 L of distilled water. The main walls are heated through 24 independant electrical heaters maintaining a constant heat flux, which allows differents boundary condition (symmetrical, asymmetrical, uniforme, alternated, etc). Heat flux and temperature measurements are made at the walls. The velocity (horizontal and vertical) and temperature of the flow are measured through a two components Laser Doppler Velocimetry system combined with a micro-thermocouple (25 μm diameter). This apparatus is described in details and the measurement uncertainties were characterized. The symmetrical uniform heating configuration was studied here with the analyse of velocity and temperature profiles in the channel for several input power (46 W to 562 W). These profiles show a change in flow regime in the channel that is analysed with turbulent quantities along the channel. Moreover, the pressure is estimated in the channel from the analysis of all the terms of the momentum conservation equations.

La caldera du volcan Rinjani contient un lac d’un volume de 1 km³ qui est probablement le plus grand lac volcanique au monde présentant une anomalie thermique nette. Ce lac présente une composition neutre chlorure sulfate bicarbonate inhabituelle pour les lacs volcaniques. Sa TDS (2600 mg/l) et conductivité (3500µs/cm) élevées indiquent un apport de fluides hydrothermaux très important. Enfin, son alcalinité élevée (520 mg/l), indique un apport important de dioxyde de carbone dans le lac.<p>Les sources thermales situées autour du Gunung Baru (cône volcanique situé dans la caldera) ont une composition chimique en éléments majeurs et une composition isotopique proche de celles du lac volcanique indiquant qu’elles sont essentiellement le résultat du recyclage du lac par le système hydrothermal. Les variations de compositions entre les différentes sources ont permis de montrer que leurs compositions est le résultat du mélange entre un fluide hydrothermal profond de composition neutre chlorure, dont la température a été estimée à 270°C, et d’un fluide plus superficiel riche en magnésium et en sulfate.<p>Le flux de dioxyde de carbone à la surface du lac a été estimé à l’aide de la méthode de la chambre d’accumulation et par calcul à environ 2300 t/j, ce qui représente un apport significatif de gaz. Cependant, comme le lac présente une structure polymictique, le risque d’accumulation de dioxyde de carbone en profondeur et donc d’éruption limnique peut être exclus.<p>Pour la première fois dans cette thèse, le modèle d’estimation des flux thermiques émis par les lacs volcaniques mis au point par Stevenson (1992) a été contraint par des mesures des paramètres météorologiques mesurés en continu, ce qui a permis de valider le modèle. De plus, nous avons pu montrer que l’essentiel des variations de températures des lacs volcaniques est dû à des variations météorologiques. En utilisant le flux thermique plutôt que la température, il est dès lors possible d’avoir accès à des variations de l’activité volcanique.<p>Le flux thermique estimé pour le lac du Rinjani est de 1700 MW, ce qui représente le flux le plus élevé jamais mesuré sur un lac volcanique aérien. Ce flux thermique est aussi plus élevé que le flux thermique mesuré sur des lacs de lave à 800°C. Ce paradoxe apparent s’explique par la plus grande dimension des lacs volcaniques, la capacité calorifique de l’eau quatre fois plus importante que celle du magma et la viscosité de l’eau 1 million de fois inférieure, ce qui fait de l’eau un excellent fluide caloporteur pour transporter les calories vers la surface.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La croissance secondaire est à l'origine de l'accumulation de biomasse pérenne par les arbres et détermine en partie la capacité des écosystèmes forestiers à stocker du carbone. Cependant, les contraintes environnementales sur la croissance en milieu méditerranéen sont encore mal décrites et nous ne savons pas comment les changements climatiques futurs vont les modifier. L'objectif de la thèse est de déterminer, principalement à partir de l'étude de l'allocation du carbone à la croissance secondaire, les réponses fonctionnelles saisonnières et interannuelles du chêne vert (Quercus ilex L.) aux variations climatiques en région méditerranéenne. L'utilisation de différentes approches expérimentales, à des échelles spatiales allant du cerne à l'écosystème et à des échelles temporelles allant de la journée à plusieurs dizaines d'années, a permis de mettre en évidence l'effet de différentes contraintes environnementales (disponibilité en eau, réchauffement de la température, et densité du peuplement) sur la croissance secondaire et la composition isotopique du cerne. L'étude de la phénologie de la croissance montre que celle-ci est contrôlée directement par les températures hivernales et le déficit hydrique, plus que par la disponibilité en éléments carbonés issus de la photosynthèse. De 1968 à 2013, les changements climatiques ont entrainé une contrainte hydrique de plus en plus précoce qui s'est trouvée compensée par un début de croissance initié plus tôt dans l'année, sous l'effet du réchauffement des températures hivernales, et une meilleure efficacité d'utilisation de l'eau, sous l'effet de l'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique. La réduction de la mortalité et l'augmentation de la croissance observée dans des parcelles éclaircies montre que cette pratique sylvicole permet de préparer les taillis de chêne vert à l'intensification de la sècheresse prévue pour la région méditerranéenne. / Tree secondary growth is responsible for woody biomass accumulation and is a major component of carbon storage in forest ecosystems. Environmental constraints on secondary growth in Mediterranean ecosystems must, however, be described in more to details to better understand how they will be modified by climate change. This dissertation aims at studying the functional responses of Mediterranean holm oak (Quercus ilex) to seasonal and inter-annual climate variations through the study of carbon allocation to secondary growth. Different experimental approaches, at spatial scales ranging from tree rings to the ecosystem and at temporal scales from the day to several decades, were used to identify the main environmental constraints (water availability, temperature warming, competition) to secondary growth and carbon isotopic composition of tree rings. The phenology of stem growth shows evidence for a direct environmental control on annual growth by winter temperature and summer drought that is more limiting than the carbon supply from photosynthesis. Climate change from 1968 to 2013 resulted in earlier water limitation on secondary growth, which was compensated by earlier growth onset, due to warmer winter temperature, and higher water use efficiency, due to increased atmospheric CO2 concentration. Thinning reduced tree mortality and increased stem growth, so thinning management in old holm oak coppices could prepare the ecosystem to better withstand the increasing drought forecasted for the Mediterranean region.

L'objectif de la thèse est d'améliorer la compréhension des processus hydrologiques lors des événements de crues éclair. Se basant sur un modèle existant (MARINE), l'étude se concentre sur les processus internes au sol. Une étape préliminaire permet, à partir de l'analyse des données, de confirmer l'activité du socle rocheux durant les crues éclair. Une analyse structurelle de MARINE est réalisée, afin de connaître la sensibilité des flux de subsurface aux choix structurels. Une nouvelle modélisation, plus robuste et intégrant explicitement une représentation des roches altérées, est mise en place. Supposant des chemins préférentiels à l'interface sol/roche, le modèle donne une bonne reproduction des bassins sédimentaires. Sur les bassins granitiques, il sous-estime les récessions et, en conséquence, les éventuels seconds pics de crue, montrant la nécessité de représenter des flux significatifs sur ces bassins, y compris dans la zone altérée. / The purpose of this thesis is to improve the knowledge of hydrological processes during flash flood events using rainfall-runoff modelling. The project focuses on hydrological processes occurring into soil and subsoil horizons. A preliminary data analysis corroborates the activity of the weathered bedrock during flash floods. The hydrological response, simulated by the MARINE model, is then investigated to detect the sensitivity of subsurface flow processes to model assumptions. It leads to several modifications of the model structure in order to make it more robust. Moreover a two-layered soil column is implemented to explicitly integrate the activity of the weathered bedrock into the model. Assuming preferential path flows at the soil-bedrock interface, the model performs well on sedimentary watersheds, but underestimate recession curves and second flood peaks on granitic ones, showing the need to simulate as well significantcontribution from the weathered bedrock.

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