La thèse présentée dans ce document concerne la caractérisation du comportement d’une hydrolienne à membrane ondulante. Ce dispositif novateur utilise les instabilités de flottement d’une membrane semi-rigide précontrainte dans un écoulement pour capter l’énergie des courants marins. À partir d’une certaine vitesse critique de l’écoulement, une onde se propage le long de la structure, ce qui actionne des convertisseurs linéaires fixés sur celle-ci. Un modèle expérimental à échelle réduite 1/20eme est développé et testé en bassin d’essai. Le système de conversion est simulé par des amortisseurs hydrauliques. Les mesures de trajectoire et d’efforts permettent d’analyser la dynamique de la membrane pour un grand nombre de configurations et d’aboutir à une étude paramétrique. Des conditions réalistes d’écoulement sont étudiées, notamment l’influence de la direction du courant et celle de la houle sur le fonctionnement du système. La caractérisation du sillage est effectuée par mesures de vélocimétrie laser en 2D. Les effets d’échelle sont présentés à travers une comparaison des essais en bassin et en mer. Un modèle analytique et un modèle numérique sont développés et comparés avec les résultats d’expériences. Le modèle analytique linéaire est basé sur la théorie des poutres de Euler-Bernouilli et la théorie des profils minces de Lighthill. Il est résolu dans le domaine fréquentiel et donne de bons résultats en termes de fréquence d’ondulation et de vitesse critique. Le modèle numérique est fondé sur le couplage fort entre un code fluide basé sur la méthode vortex et un code structure utilisant les éléments finis en corotationnel. Ce modèle est validé sur un cas expérimental. / The thesis presented in this document deals with the characterization of the behavior of an undulating membrane tidal energy converter. This kind of device uses the flutter instabilities occurring between a semi-rigid pre-strained membrane and a fluid flow in order to convert the sea currents energy. Above a certain critical flow speed, the structure undulates, thus activating the linear converters fixed on it. In order to study this system, an experimental model is developed and tested in a flume tank. The power conversion system is simulated by hydraulic dampers. The membrane’s dynamics is analyzed in many configurations through trajectory and force measurements, and leads to a parametric study. More realistic flow conditions are also studied, such as the impact of current direction influence and the influence of surface waves on the behavior of the system. Wake characterization is carried out with two-dimensional PIV measurements. Scale effects and confinement are also studied through a comparison with a bigger scale prototype tested in tank and at sea.In addition to the experimental study, an analytical model and a numerical model are developed and compared with experiments. The linear analytical model is based on Euler-Bernouilli’s beam theory and on Lighthill’s slender body theory. It is solved in the frequency domain and gives good undulation frequency and critical speed results. The numerical model uses strong interactions between a fluid code using the vortex method and a structure code based on corotationnal finite elements. This model is validated on an experimental case.

De nos jours, les systèmes tutoriels intelligents sont de plus en plus performants. Ils ont pour objectif de permettre à un apprenant ou groupe d'apprenants d'acquérir de nouvelles connaissances en s'adaptant à leurs besoins. Cependant, malgré leur objectif prometteur, ces systèmes ne sont pas très répandus dans le marché scolaire. De plus, comme l'a remarqué Sharon Aisworth (Ainsworth, 2005) les STl sont « mourants ». Le problème est de savoir quels sont les critères de qualité auxquels doit répondre un STl pour pouvoir augmenter son intégration dans le milieu académique. Beaucoup d'approches d'évaluation dnns la plupart des cas empiriques ont été proposées en réponse à ce problème. Toutefois, ces solutions empiriques ont pour principal défaut qu'il faut attendre une version fonctionnelle du STI. Par conséquenl, elles posent un problème de temps et d'argent. Afin de pallier ces difficultés, dans le présent document nous avons proposé une grille d'évaluation bidimensionnelle par inspection. En raison de leurs influences non négligeables sur l'acceptabilité d'un produit, les deux dimensions traitées dans notre grille seront l'utilisabilité (ou l'ergonomie) et l'utilité d'un STI. Notre grille est novatrice dans la mesure où elle est une compilation des différents critères d'évaluation. De plus, elle a été conçue pour une approche par inspection qui pourra guider la conception et permettre d'avoir une idée précise sur l'acceptation du STl avant un test empirique coûteux (en temps, en argent et en ressource). Afin de développer notre grille, nous nous sommes interrogés sur ce que l'on attend de chacune des composantes d'un STI. Par la suite, nous avons recensé les différentes techniques et approches d'évaluation STI réalisées jusqu'ici. À partir de cela, nous avons pu ressortir les critères d'utilité et d'ergonomie auxquels doit répondre un STl pour être acceptable. Enfin, pour montrer la pertinence de notre grille, nous l'avons appliquée à un STI mature ayant déjà subi cinq ans d'évaluation empirique à savoir ANDES. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Évaluation, STI, Utilité, Ergonomie ou utilisabilié, Qualité, Acceptabilité.

L’analyse de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) des systèmes complexes consiste à prévoir le comportement EM d’appareils électroniques immergés dans un environnement où interviennent des interactions de natures très variées. Ce peut être des phénomènes multiphysiques où se combinent des couplages EM et thermiques; il peut aussi s’agir d’architectures mulitéchelles comportant des composants de dimensions disproportionnées devant la longueur d’onde; ces interactions peuvent aussi concerner des configurations multiparamètres lorsque plusieurs éléments interviennent simultanément dans le calcul des perturbations EM. La thèse a consisté en la mise en place d’une méthode qui semble bien adaptée à la résolution de ces problèmes de CEM complexes. L’outil développé s’appuie sur l’utilisation de l’analyse tensorielle des réseaux électriques instaurée par G. KRON et qu’on envisage étendre à la CEM des systèmes complexes. Le raisonnement consiste à fusionner différents outils numériques de simulations existants, au moyen d’une méthodologie basée sur l’assimilation d’un grand système à un assemblage de circuits électriques équivalents. Circuits auxquels nous pourrons associer la résolution d’une équation contenant un super-tenseur impédance ainsi que des tenseurs fém et courants dont il faut s’efforcer de déterminer les règles de construction. A titre d’illustration, le couplage EM entre câbles, le blindage des lignes, les antennes et une cavité EM ont été simulé par le formalisme de KRON pour permettre la mise en forme d’une bibliothèque de sous-fonctions réutilisables pour l’étude de systèmes plus complexes / Analysis of the Electromagnetic Compatibility (EMC) of so-called complex systems consists of predicting voltage induced on electronic circuits submitted to various EM couplings. Such phenomena may consist of couplings between EM and Thermal parameters, or they may concern couplings throughout systems of various sizes with respect to the wavelength and the behaviour of the system. These interactions may also depend on many parameters like dimension, physical data and so on. This thesis is aimed at developing a method well-suited to resolving the problems posed by the EMC of complex systems. This method reduces these couplings to a circuit assembly with a combination of inductance, capacitance and resistance, voltage source and current source. The main advantage of the methodology will be to use the formalism of electrical networks developed by G. KRON, which consists of solving the circuit theory by means of the inversion of a large matrix size. In the scope of this work, EM coupling between cables, shielded cables, antennas, and an EM cavity were simulated with KRON’s formalism to establish a library of subroutines to use to solve complex EMC problems. The comparison between KRON’s method and measurements of the coupling between antennas inside an EM cavity under various configurations shows the efficiency of the method for EMC problems concerning systems of variable sizes and large numbers of parameters. Finally, we proposed to study the simulation of an electrothermal system which consists of both the electrical propagation and thermal diffusion inside a coaxial system filled with a thermally and electrically conducing material. This study seems to open new possibilities for the development of a new generation of EMC tool.

La méthode des éléments finis (MEF) est la méthode la plus utilisée pour résoudre numériquement des problèmes rencontrés en mécanique, en thermique, en électromagnétisme, etc. Dans le domaine du génie électrique elle permet de réaliser la simulation de dispositifs électromagnétiques avec une grande précision. Cependant, devant les capacités grandissantes des outils de calcul, on est amené à modéliser des systèmes de plus en plus complexes. Paradoxalement, devant les temps de calcul importants que cela engendre, l’intérêt des industriels se porte sur des méthodes alternatives permettant d’obtenir des résultats plus rapidement. Les travaux menés durant cette thèse se sont portés sur l’étude d’une méthode alternative, la technique d’intégration finie (FIT). Cette méthode permet d’obtenir un bon compromis entre rapidité des temps de calcul et qualité de la solution. À travers des problèmes d’électrocinétique, de magnétostatique et de magnétodynamique, il est montré, avec ces travaux, que les résultats obtenus à l’aide de la FIT sont de bonnes qualités comparés à la méthode des éléments finis. Des outils appliqués à l’imposition des grandeurs globales électriques et magnétiques sont aussi présentés dans ce travail. / To solve numerically the mechanics, thermals and magnetodynamics problems, the finite element method is the most used. In electrical engineering, this method allows the simulation of electromagnetic devices with a great accuracy. However, in spite of growing capacity of the computers, the studied models become more and more complicated. From an industrial point of view, these computation times are not acceptable. Therefore, a fast and reliable numerical tool is necessary. The developments realized during this thesis concern an alternative method, the finite integration technique. This method allows finding a compromise between computation times and accuracy. For the cases of electrokinetics, magnetostatics and magnetodynamics, simulations using FIT proved that results are accurate. Mathematical tools used to impose the electric and magnetic quantities.

La rétroaction des nuages demeure l’une des incertitudes majeures des modèles de prévision climatique, en particulier les interactions entre aérosols, nuages et rayonnement (IPCC - Boucher et al., 2013). Les nuages sont en effet difficiles à prendre en compte car ils présentent des variabilités spatiales et temporelles importantes. Les mesures de télédétection aéroportées avec une résolution de quelques dizaines de mètres sont très appropriées pour améliorer et affiner nos connaissances sur les propriétés des nuages et leurs variabilités à haute résolution spatiale. Dans ce contexte, nous exploitons les mesures multi-angulaires du nouveau radiomètre aéroporté OSIRIS (Observing System Including PolaRization in the Solar Infrared Spectrum), développé par le Laboratoire d'Optique Atmosphérique. Il est basé sur le concept POLDER et est un prototype du futur instrument spatial 3MI sur les plates-formes MetOp-SG de l’EUMETSAT-ESA à partir de 2022. En télédétection, les nuages sont généralement caractérisés par deux propriétés optiques: l'épaisseur optique des nuages (COT) et le rayon effectif des particules d'eau / de glace formant le nuage (Reff). Actuellement, la plupart des algorithmes de télédétection opérationnels utilisés pour extraire ces propriétés de nuage à partir de mesures passives sont basés sur la construction de tables pré-calculées (LUT) sous l'hypothèse d'une couche de nuage plan-parallèle. Cette méthode est très dépendante des conditions de simulations choisies pour la construction des LUT et rend difficile l'estimation des incertitudes qui en découlent. Au cours de cette thèse, nous utilisons le formalisme de la méthode d’estimation optimale (Rodgers, 2000) pour mettre au point une méthode d’inversion flexible permettant de restituer COT et Reff en utilisant les mesures multi-angulaires visibles et proche-infrarouges d’OSIRIS. Nous montrons que cela permet l'exploitation de l'ensemble des informations disponibles pour chaque pixel afin de s'affranchir des effets angulaires des radiances et d’inverser des propriétés plus cohérente avec l'ensemble des mesures. Nous avons, d’autre part, appliqué le cadre mathématique fourni par la méthode d’estimation optimale pour quantifier les incertitudes sur les paramètres restitués. Trois types d’erreurs ont été évaluées: (1) Les erreurs liées aux incertitudes de mesure, qui atteignent 10% pour les valeurs élevées de COT et de Reff. (2) Les erreurs de modèle liées à une estimation incorrecte des paramètres fixes du modèle (vent de surface de l'océan, altitude des nuages et variance effective de la distribution en taille des gouttelettes d'eau) qui restent inférieures à 0,5% quelles que soient les valeurs de COT et Reff restituées. (3) Les erreurs liées au modèle physique simplifié qui ne prend pas en compte les profils verticaux hétérogènes et utilise l'hypothèse du nuage plan-parallèle homogène et l'approximation du pixel indépendant. Ces deux dernières incertitudes s'avèrent être les plus importantes. / Cloud feedbacks remain one of the major uncertainties of climate prediction models, particularly the interactions between aerosols, clouds and radiation (IPCC - Boucher et al., 2013). Clouds are indeed difficult to account for because they have significant spatial and temporal variability depending on a lot of meteorological variables and aerosol concentration. Airborne remote sensing measurements with tens of meters resolution are very suitable for improving and refining our knowledge of cloud properties and their high spatial variability. In this context, we exploit the multi-angular measurements of the new airborne radiometer OSIRIS (Observing System Including PolaRization in the Solar Infrared Spectrum), developed by the Laboratoire d'Optique Atmosphérique. It is based on the POLDER concept as a prototype of the future 3MI space instrument planned to be launched on the EUMETSAT-ESA MetOp-SG platform in 2022.In remote sensing applications, clouds are generally characterized by two optical properties: the Cloud Optical Thickness (COT) and the effective radius of the water/ice particles forming the cloud (Reff). Currently, most operational remote sensing algorithms used to extract these cloud properties from passive measurements are based on the construction of pre-computed lookup tables (LUT) under the assumption of a homogeneous plane-parallel cloud layer. The LUT method is very dependent on the simulation conditions chosen for their constructions and it is difficult to estimate the resulting uncertainties. In this thesis, we use the formalism of the optimal estimation method (Rodgers, 2000) to develop a flexible inversion method to retrieve COT and Reff using the visible and near-infrared multi-angular measurements of OSIRIS. We show that this method allows the exploitation of all available information for each pixel to overcome the angular effects of radiances and retrieve cloud properties more consistently using all measurements. We also applied the mathematical framework provided by the optimal estimation method to quantify the uncertainties on the retrieved parameters. Three types of errors were evaluated: (1) Errors related to measurement uncertainties, which reach 10% for high values of COT and Reff. (2) Model errors related to an incorrect estimation of the fixed parameters of the model (ocean surface wind, cloud altitude and effective variance of water droplet size distribution) that remain below 0.5% regardless of the values of retrieved COT and Reff. (3) Errors related to the simplified physical model that uses the classical homogeneous plan-parallel cloud assumption and the independent pixel approximation and hence does not take into account the heterogeneous vertical profiles and the 3D radiative transfer effects. These last two uncertainties turn out to be the most important.

Alors que l’espoir de vivre bien et vieux n’a jamais été aussi grand, pour un grand nombre le désespoir serait de vivre la grande dépendance. Pourtant certains n’ont pas le choix : quand les maladies chroniques s’installent, qu’une chute fait rupture, que la tête ne suit plus, c’est un tournant de vie (Lesourd, 2009) et rapidement, l’exclusion de la société pour une inclusion en institution gériatrique. La question centrale de cette étude est de chercher à comprendre comment des personnes âgées poly-dépendantes peuvent vivre cette « inhumaine condition » (Malherbe, 2015), dans une « institution totalisante » (Goffman, 1968). Par un suivi longitudinal d’une année avec 6 résidents dans l’institution dont j’étais responsable, je présente le fruit d’une démarche clinique avec eux basée sur des récits et la réalisation de livrets d'identité. Charles Altesse plus particulièrement nous parlera de sa vie, son quotidien, de lui, de l’épreuve qu’est la vie. Ensemble, nous apprenons dans un contexte d’éducation tout au long de la vie comment un travail de construction ou reconstruction identitaire permet de se connaître et se reconnaître pour aller au-delà autrement. Une particularité de cette recherche est de montrer également l’intérêt de sa méthode, la « clinique-dialogique » (Lani-Bayle, 2010), dans une écoute empathique et un échange qui permettent de trouver des ressources via une figure d’attachement et construire des savoirs expérientiels, contribuant par là à modifier dans le sens d’assumer l’insupportable d’une condition avérée de fin de vie. / As the prospect to live well and old has never been as great as now, for many the fear would be to become totally dependent. However, some do not have the choice: when chronic disorders begin, a fall happens or that the mind does not follow any more, it is a turning point in life (Lesourd, 2009) and rapidly comes the exclusion from society for an inclusion in geriatric institution. The main question of this study is to try to understand how elderly people with various dependencies can live: “this inhumane condition” (Malherbe, 2015) “in a total institution" (Goffman, 1968). With this yearlong study of 6 residents, whilst I managed an institution, I present the results of a clinical approach with them, based on narrative accounts and creation of identity booklets. It is mainly, Charles Altesse who will talk of his life, his daily experiences, about himself, of the struggle of living. Together we understand in a context of learning, how there is a lifelong work of construction or identity reconstruction which enables us to advance in a different way. One of the characteristics of this research is also to demonstrate the importance of the method, the “clinical-dialogical” (Lani-Bayle, 2010), in an emphatic listening and an exchange which allows finding resources via an attachment figure and to construct experimental knowledge helping to modify in a way to bear the unbearable end of life or to build knowledge by experience.

Nous étudions dans cette thèse une méthode hybride de résolution des systèmes linéaires GMRES/LS-Arnoldi qui accélère la convergence grâce à la connaissance des valeurs propres calculées parallèlement par la méthode d’Arnoldi dans les cas réels. Le caractère asynchrone de cette méthode présente l’avantage de fonctionner avec une architecture hétérogène. Une étude de cas complexe est également faite en effectuant la transformation de la matrice complexe en une matrice réelle de dimension double. Nous avons mis en oeuvre la méthode GMRES hybride ainsi que la méthode GMRES générale sur trois différents types de plates-formes matérielles. Il s’agit respectivement de supercalculateurs IBM série SP, plates-formes matérielles typiquement centralisées; de Grid5000, une plate-forme matérielle typiquement distribuée, et de Tsubame (Tokyo-tech Supercomputer and Ubiquitously Accessible Massstorage Environment) supercalculateur, dont certains noeuds sont munis d’une carte accélératrice. Nous avons testé les performances de GMRES général et de GMRES hybride sur ces trois plates-formes, en observant l’influence des nombreux paramètres sur les performances. Des résultats significatifs ont ainsi été obtenus, nous permettant non seulement d'améliorer les performances du calcul parallèle, mais aussi de préciser le sens de nos efforts futurs. / In this thesis, we have studied an effective parallel hybrid method of solving linear systems, GMRES / LS-Arnoldi, which accelerates the convergence through knowledge of some eigenvalues calculated in paralled by the Arnoldi method in real cases. The asynchronous nature of this method has the advantage of working with a heterogeneous architecture. A study in complex cases is also done by transforming the complex matrix into a real matrix of double dimension. We have implemented our hybrid GMRES method and the general GMRES method on three different types of hardware platforms. They are respectively the IBM SP series supercomputer, a typically centralized hardware platform; Grid5000, a fully distributed hardware platform, and the Tsubame (Tokyo-tech Supercomputer and Ubiquitously Accessible Massstorage Environment) supercomputer, where some nodes are equipped with an accelerator card. We have tested the performance of general GMRES and hybrid GMRES on these three platforms, observing the influence of various parameters for the performance. A number of meaningful results have been obtained; we can not only improve the performance of parallel computing but also specify the direction of our future efforts.

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

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

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