Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif de ce travail est d'appréhender l'altérabilité des grès en s'appuyant sur la définition de paramètres physiques pertinents. Il est appliqué à l'évaluation de grès du Buntsandstein afin de contribuer à la sélection de faciès de restauration des monuments historiques du nord-est de la France et, plus particulièrement, de la cathédrale Notre Dame de Strasbourg. Pour y répondre, l'étude expérimentale comparative s'est fondée sur cinq faciès de carrière dont les sensibilités à l'altération doivent être appréciées et sur deux faciès mis en œuvre qui ont montré des cinétiques et des états d'altération divergents. La considération de ces faciès exposés a constitué un garde-fou qui permet d'apprécier la différence de tenue entre ces grès. Les caractéristiques des structures de pores et des matrices argilo-ferrugineuses impliquées dans la réponse dilatométrique des grès ont souligné la forte incidence de la quantité, de la nature et des propriétés de surface des argiles sur les comportements hydrodynamique et mécanique, à l'origine de leur fatigue. L'application de tests en laboratoire de résistance aux sels a mis en évidence l'implication des interactions minéraux-solution saline dans la réponse des grès à une contamination en NaCl et Na2SO4. La discrimination des faciès selon leur sensibilité à l'altération par les sels a pu être établie et un indice de sensibilité aux sels a été formulé. Les propriétés des matrices argileuses et la qualité des contacts de grains jouent un rôle déterminant dans la réponse des grès à l'altération par les sels. / The aim of this study was to highlight relevant stone parameters on which the durability of Triassic siliceous sandstones could be predicted in order to contribute to the selection of the potential restoration stones in the built heritage and especially on the cathedral of Strasbourg. An experimental comparative study was made on 5 quarry sandstones to discriminate and 2 exposed sandstones from the monument. The two exposed pieces showed opposite weathering behaviors and states of cohesion that could allow a better definition of the parameters involved in the salt weathering of sandstones. The pore structures and the clay coating properties of sandstones underlined the major role of the clay minerals (quantity, nature and specific surface area) in the dilation behavior under humidity variations as well as in hydrodynamical and mechanical behaviors of sandstones. Three types of salt weathering test were carried out on sandstones. The clay-salt interaction was emphasized by the modifications of the dilation behaviors after salt contamination upon salt nature, NaCl or Na2SO4. A classification of stone susceptibility to salt damages had been proposed as well as an index of salt susceptibility of sandstone had been formulated. The mineralogical and mechanical contributions could justify stone susceptibility to salt damage.

La coopération internationale pour la santé a connu, cette dernière décennie, une des périodes les plus dynamiques de son histoire. Les ressources disponibles ont augmenté, une pléthore d’organismes de santé a été créée, et la société civile et le secteur privé ont été mobilisés. Des approches plus participatives ont émergé dans la façon de lever les fonds et de livrer l’assistance. Cependant, l’enthousiasme suscité par ces changements a été accompagné par un malaise croissant, un sentiment que les actions sur le terrain sont « dispersées », faiblement articulées et que les « gaspillages » continuent. Le nombre croissant d’acteurs aurait donc compliqué la gestion de l’aide pour les bénéficiaires, alourdi les coûts de transaction et augmenté les coûts fixes dans l’aide globale. En conséquence, la littérature indique qu’une amélioration de l’efficacité de l’aide internationale passe par une coordination accrue des acteurs de l’aide, notamment les donateurs. Notre thèse vise à montrer que, s’il est fondé de remettre de l’ordre dans l’architecture chaotique de l’aide, notamment celle de la santé, l’entente des donateurs sur des objectifs limités sur la base de critères coût-efficacité est irréaliste. En nous appuyant sur l’abondante littérature consacrée à l’aide, sur les rapports d’évaluation, sur des entretiens qualitatifs et sur une exploitation de données empiriques, nous soulignons pourquoi l’agenda actuel de coordination ne permet pas une réduction de la dispersion de l’aide. / International cooperation in health has experienced over the last decade, one of the most dynamic periods in its history. The resources available have increased, a plethora of health agencies have been established, and civil society and the private sector have been mobilized. More participatory approaches have emerged in how to raise funds and deliver assistance. However, enthusiasm for these changes was accompanied by a growing unease, a feeling that the actions in the field are "scattered", loosely connected and that the "waste" continue. The increasing number of players would thus have complicated the management of aid to recipients, increased the transaction costs and increased fixed costs in total aid. As a result, the literature indicates that improving the efficiency of international assistance has to go through increased coordination of aid actors, including donors. Our thesis aims to show that if it is justified to restore order in the chaotic architecture of aid, including that of health, donor agreement on limited objectives on the basis of cost- effectiveness criterias is unrealistic. Based on the extensive literature on aid, on the evaluation reports, interviews and qualitative operation of empirical data, we emphasize why the current agenda of coordination does not allow a reduction in the dispersion of aid.

Dans cette thèse, nous nous demandons si certaines formes présentes dans la nature résultent de l'optimisation d'un critère. Plus précisément, nous considérons un organe ou une partie du corps humain et tentons de deviner un critère que la nature aurait pu chercher à optimiser. Nous résolvons alors le problème d'optimisation de formes résultant afin de comparer la forme obtenue, théoriquement ou numériquement, avec la forme réelle de l'organe. Si ces deux formes sont proches, on pourra en déduire que le critère est convaincant. Dans la première partie de cette thèse, nous considérons l'exemple d'une fibre nerveuse de type axone ou dendrite. Nous proposons deux critères pour expliquer sa forme. Le premier traduit l'atténuation dans le temps du message électrique traversant la fibre et le second l'atténuation dans l'espace de ce message. Dans notre choix de modélisation, nous distinguons deux types de fibres nerveuses : celles qui sont connectées au noyau de la cellule et celles qui sont connectées entre elles. Les problèmes correspondants se ramènent à la minimisation par rapport au domaine des valeurs propres d'un opérateur elliptique et d'une fonction de transfert faisant intervenir la trace sur le bord du domaine du potentiel électrique au sein de la fibre. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'optimisation de la forme d'un arbre bronchique ou d'une partie de cet arbre. Nous considérons un critère de type << énergie dissipée >>. Dans une étude théorique, nous prouvons tout d'abord que le cylindre n'est pas une conduite optimale pour minimiser l'énergie dissipée par un fluide newtonien incompressible satisfaisant aux équations de Navier-Stokes. Nous effectuons ensuite des simulations en deux et trois dimensions afin de tester numériquement si l'arbre bronchique est ou non optimal. / In this Ph.D thesis, we wonder whether some shapes observed in Nature could follow from the optimization of a criterion. More precisely, we consider an organ or a part of the human body and we try to guess a criterion that Nature could have tried to optimize. Then, we solve the resulting shape optimization problem in order to compare the shape obtained by a theoretical or a numerical way with the real shape of the organ. If these two shapes are similar, it may be deduced that the criterion is relevant. In the first part of this thesis, we consider the example of a nerve fiber of an axon or a dendrite kind. We propose two criterions to explain its shape. The first one stands for the attenuation throughout the time of the electrical message and the second one stands for the attenuation throughout the space of that message. In our choice of modeling, we distinguish two sorts of nerve fibers: these connected to the nucleus of the cell and these connected with two other fibers. The corresponding problems boil down to the minimization with respect to the domain of the eigenvalues of an elliptic operator and of a transfer function expressed with the trace of the electrical potential in the fiber on the boundary of the domain. The second part of this thesis is devoted to optimization of the shape of a bronchial tree or a part of that tree. We consider as a criterion the ``dissipated energy''. In a theoretical study, we foremost prove that the cylinder is not an optimal pipe to minimize energy dissipated by a newtonian incompressible fluid driven by a Navier Stokes system. Afterwards, we propose two and three dimensional simulations to verify numericaly if the bronchial tree is or not optimal.

Les systèmes de contrôle-commande importants pour la sûreté de fonctionnement doivent répondre à un certain nombre d’exigences, au premier rang desquelles se trouvent les exigences réglementaires, édictées par les autorités nationales et complétées par un ensemble de recommandations pratiques et de textes normatifs. Les exigences de ce domaine sont peu formalisées, les relations de traçabilité, et par conséquent l'organisation des exigences de ce vaste domaine est souvent implicite. Enfin, les passerelles entre contextes nationaux différents sont très peu développées. Les travaux de cette thèse se situent dans ce contexte industriel en partenariat avec EDF R&D et au sein du projet CONNEXION regroupant les acteurs majeurs du contrôle-commande nucléaire français. Les contributions de la thèse s'articulent autour de l'approche INCREMENT (Intrumentation aNd Control regulatory REquirement Modeling Environment) qui adresse les deux premiers challenges présentés, et en particulier : (1) la formalisation du domaine où nous proposons à la fois une description du domaine et un métamodèle permettant une capitalisation et une vue globale d'un référentiel d'exigences, (2) une base outillée pour l'acquisition automatique de documents, un environnement graphique pour la manipulation de modèles et l'apport de techniques de recherche d'information pour la traçabilité des exigences, (3) une approche originale avec une hybridation entre modélisation et recherche d'information pour une amélioration de la traçabilité des exigences. Le métamodèle proposé et ses outils sont utilisés dans l'industrie dans le projet CONNEXION. Notre approche hybride a permis dans nos expérimentations de réduire, en moyenne, la taille de ces espaces de 65% comparé aux approches standard de recherche d'information, sans en dégrader le contenu. / Instrumentation and Control (I&C) Systems important to safety must conform to their requirements, where regulatory requirements are first class entities, written by national safety authorities and completed using a set of national recommendation guides or standards. The global domain knowledge is scattered, not formalized and traceability links and the organization within the domain are implicit. Bridges between different national practices are not developed, whereas the understanding of requirements and practices variability concerns becomes a significant industrial issue. The thesis sets up in an industrial context with EDF R&D and the CONNEXION project that gathered the French nuclear I&C industry. Its contributions are defined around the INCREMENT approach (Instrumentation aNd Control Regulatory Requirement Modeling Environment) that addresses the two first challenges previously introduced. In particular, they consist in: (1) the domain formalization itself by the proposal of a metamodel that allows a high level capitalization of a requirements corpus as well as its organization, (2) a tool-support basis to gather partial knowledge from the textual documents, manipulate such models that conform to the proposed metamodel, and Information retrieval techniques to support better requirements traceability, (3) the proposal of an original hybrid approach, mixing both metamodeling and information retrieval, and combine them in a mutual beneficial joint use. The metamodel and its tool support are used in the industrial context of the CONNEXION project. Where information retrieval techniques for requirements traceability suffer from large sets of false positives limitations, our hybrid approach allowed us to reduce this noise and the size of the candidate links research space by a mean of 65% without decreasing their global quality.

It is aim of this work to develop, implement, and apply a new numerical scheme for modeling turbulent, multiphase astrophysical flows such as galaxy cluster cores and star forming regions. The method combines the capabilities of adaptive mesh refinement (AMR) and large-eddy simulations (LES) to capture localized features and to represent unresolved turbulence, respectively; it will be referred to as Fluid mEchanics with Adaptively Refined Large-Eddy SimulationS or FEARLESS. / Ziel dieser Arbeit war, ein neues numerisches Modell zu entwickeln, welches es ermöglicht Grobstruktursimulationen auch mit adaptiven Gittercodes auszuführen, um Turbulenz über große Längenskalenbereiche konsistent zu simulieren.

<div>Gas-turbine engines use film cooling to actively cool turbine components and keep thermal loads on the materials at acceptable levels for structural integrity and service life. The turbulent mixing between the film-cooling jet and the crossflow decreases the coolant temperature, which reduces the cooling performance. This turbulent mixing is sensitive to parameters such as density ratio (DR), blowing ratio (BR), velocity ratio (VR), and momentum-flux ratio (MR) and understanding the effects of these parameters on the turbulent mixing is critical for improving film cooling. </div><div><br></div><div>This research seeks to improve understanding by using large-eddy simulation (LES) as a tool to analyze the turbulence of film cooling. With this knowledge it is possible evaluate more fundamental turbulence modeling assumptions utilized by Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approaches as they apply to film cooling. This analysis can provide insight regarding how to improve turbulence models.</div><div><br></div><div>The film-cooling problem studied involves the cooling of a flat plate, where the cooling jets issued from a plenum through one row of circular holes of diameter $D$ and length 4.7$D$ that are inclined at 35$^\circ$ relative to the plate. Parameters studied include BR = 0.5 - 1.3, DR = 1.1 - 2.1, VR = 0.3 - 0.9, and MR = 0.16 - 0.9. For LES, two different boundary layers upstream of the film-cooling hole were investigated - one in which a laminar boundary layer was tripped to become turbulent from near the leading edge of the flat plate, and another in which a mean turbulent BL is prescribed directly without any superimposed turbulent fluctuations. For RANS, two different turbulence models were investigated - realizable $k$-$\epsilon$ and $k$-$\omega$ shear-stress-transport (SST). The wall-resolved LES solutions generated are extensively verified and validated using analytical, DNS, and experimental measurements to ensure high quality. </div><div><br></div><div>LES results obtained show that having an upstream boundary layer that does not have turbulent fluctuations enhances the cooling effectiveness significantly at low VRs when compared to an upstream boundary layer that resolved the turbulent fluctuations. However, these differences diminish at higher VRs. Instantaneous flow reveals a bifurcation in the jet vorticity as it exits the hole at low VRs, one branch forming the shear-layer vortex, while the other forms the counter-rotating vortex pair. At higher VRs, the shear layer vorticity is found to reverse direction, changing the nature of the turbulence and the heat transfer. Results obtained also show the strength and structure of the turbulence in the film-cooling jet to be strongly correlated to VR. </div><div><br></div><div>RANS results obtained show the turbulent and thermal structure of the jets predicted by the two RANS models to differ considerably. However, both models are consistent in underpredicting the spread of the film-cooling jet. The counter-rotating vortex pair dominates the interaction of the jet and crossflow in the near-wall region, and neither RANS model could predict the strength and structure of this interaction. The gradient-diffusion and Boussinesq hypotheses were evaluated by using the LES data. Comparing LES and RANS results shows that $k$-$\epsilon$ tends to overpredict eddy viscosity, while SST tends to underpredict the eddy viscosity. Additionally, both models predict very low values of eddy viscosity near the wall which leads to incorrect Reynolds stresses. While regions of counter-gradient diffusion and stress-strain misalignment were identified in the near-wall region, further above the wall, the jet behaved according to the hypotheses.</div><div><br></div><div>The turbulence scaling when VR is fixed at 0.46 and 0.63 was investigated. The LES results show that separation and spreading of the film-cooling jet increase as BR, DR, and MR increase while VR remains constant. For a given VR, the LES predicts an absolute difference between the minimum adiabatic effectiveness of the lowest and highest MRs to be 2 to 5 times greater than those predicted by RANS. This is because RANS with either model cannot respond appropriately to changes in MR. However, RANS can correctly predict that adiabatic effectiveness decreases as VR increases. The LES results show the turbulent kinetic energy and Reynolds stresses near the film-cooling hole to change considerably with MRs at a constant VR, while turbulent heat flux changes negligibly. This suggests that while improved turbulence models for heat flux can improve RANS’ prediction of spreading, capturing trends, however, requires improved modeling of the Reynolds stresses.</div>

Notre étude traite de l’enseignement de la statistique auprès des élèves du cycle III de l’école primaire, en France et plus précisément, porte sur la question de l’éducation statistique et de la formation de l’esprit statistique. Après avoir précisé les notions de fait statistique, pensée statistique et esprit statistique, nous avons analysé dans une deuxième partie, les difficultés rencontrées actuellement par cet enseignement, au travers de l’évolution des programmes scolaires de l’école primaire, des représentations des étudiants en Sciences de l’éducation, des professeurs des écoles, des élèves, ainsi que dans une perspective de continuité des contenus scolaires au fil des cycles de l’école primaire et du collège. Dans une troisième partie, nous avons observé les manuels scolaires de mathématiques des élèves du cycle III. L’ensemble fait ressortir des invariants : tendance à convertir en opérations arithmétiques des situations implicitement statistiques, pauvreté d’emploi des registres sémiotiques et des parcours sémiotiques, standardisation des formes de représentation et des tâches réclamées aux élèves, etc., mais surtout, nous avons pu établir un parallèle avec une dernière recherche portant sur les manuels de préparation au Concours de Recrutement des Professeurs des Écoles. Nous en avons conclu que c’était la perception commune, y compris celle de l’Institution scolaire, à propos de l’enseignement / apprentissage de la statistique qu’il fallait faire évoluer.Notre travail prend appui sur la théorie des situations didactiques de Guy Brousseau, sur celle des champs conceptuels et des travaux de Gérard Vergnaud traitant de la conceptualisation, sur la transposition didactique et sur l’institutionnalisation des savoirs par Yves Chevallard, sur les recherches de Jean-Claude Régnier concernant la didactique de la statistique, ainsi que sur celles de Raymond Duval portant sur le rôle des registres sémiotiques dans l’apprentissage de l’élève. / Our study is about the teaching of statistics to third cycle pupils in French primary schools, and more precisely, about the issue of statistical education and training of the statistical mind. In part I, we clarify the notions of statistical fact, statistical thinking and the statistical mind. We then analyze in part II the difficulties this teaching is currently faced with, due to the constant change of syllabus in primary schools, scrutinizing how future teachers, primary school teachers and pupils conceive statistics, aiming to reach continuity in the curricula from primary school all the way through to the end of secondary school. In part III, we dissect mathematics textbooks pupils use in the third cycle. This minute analysis highlights permanent features: tendency to convert implicitly statistical situations into arithmetical calculations; poor use of semiotic registers and semiotic learning paths; standardization of how statistics are represented and of the tasks required from the pupils and so on. Above all, we were able to draw a parallel with another of our researches exploring the textbooks that prepare school teachers for the competitive entry examination. Our conclusion is that the way the teaching and learning of statistics is generally perceived – also by the state education system - needs to be thoroughly reconsidered.Our work is supported by Guy Brousseau’s theory of didactical situations, by Gérard Vergnaud’s studies about conceptual fields and conceptualization, by Yves Chevallard’s theory of didactical transposition and institutionalization of knowledge, by Jean-Claude Régnier’s research on didactics of statistics and by Raymond Duval’s work on semiotic registers in a child’s learning.

This thesis provides a numerical and theoretical investigation of transitional and turbulent enclosed rotating flows, with a focus on the formation of macroscopic coherent flow structures. The underlying processes are strongly threedimensional due to the presence of boundary layers on the discs and on the walls of the outer (resp. inner) cylindrical shroud (resp. shaft). The complexity of these flows poses a great challenge in fundamental research however the present work is also of importance for industrial rotating machinery, from hard-drives to space engines turbopumps - the design issues of the latter being behind the motivation for this thesis. The present work consists of two major investigations. First, industrial cavities are modeled by smooth rotor/stator cavities and therein the dominant flow dynamics is investigated. For the experimental campaigns on industrial machinery revealed dangerous unsteady phenomena within the cavities, the emphasis is put on the reproduction and monitoring of unsteady pressure fluctuations within the smooth cavities. Then, the LES of three configurations of real industrial turbines are conducted to study in situ the pressure fluctuations and apply the diagnostics already vetted on academic problems.