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

La connaissance des propriétés thermodynamiques et des diagrammes de phases des composés fluorés est indispensable pour le dimensionnement et l'optimisation des systèmes thermodynamiques. Les applications sont nombreuses : réfrigération, récupération de chaleur (ORC), pompe à chaleur, climatisation automobile. Du fait des contraintes environnementales (la F-gaz pour l'UE) liées au fait que les fluides actuellement utilisés doivent être inoffensifs vis-à-vis de la couche d'ozone mais aussi posséder un pouvoir de réchauffement climatique bas (GWP CO2=1, valeur de référence), les chimistes doivent développer de nouvelles molécules qui répondent à ce nouveau cahier des charges. Actuellement, ils ont mis au point des fluides de la famille des HFO dont le plus célèbre est le HFO1234yf. Son GWP est faible (4) tout comme celui de ses principaux isomères, le HFO1234ze et le HFO1234zd. Si le fluide pur ne convient, des mélanges (blends) doivent être élaborés. Si le fluide pur ne convient pas pour les applications souhaitées, des mélanges doivent être élaborés.L'objectif de cette thèse est d'étudier plusieurs HFOs en corps purs et en mélanges et de développer/comparer des modèles thermodynamiques permettant de prédire les diagrammes de phases et les densités de ces fluides. Ces modèles doivent pouvoir être transposables vers l'industrie. Le CTP dispose de plusieurs équipements permettant d'acquérir des données expérimentales. Le densimètre à tube vibrant sera utilisé pour acquérir des données de masse volumique, et une cellule d'équilibre entre phase (technique statique-analytique) pour acquérir des données d'équilibre liquide vapeur. Les équations d'état cubiques seront utilisées pour le traitement des données. Une nouvelle équation d'état plus précise pour la prédiction des masses volumiques sera présentée. Une comparaison en termes de description des diagrammes de phases et des propriétés volumétriques sera également effectuée. / The knowledge of the thermodynamic properties and phase diagrams of fluorinated compounds is essential for the design and optimization of thermodynamic systems. There are many applications: refrigeration, organic Rankine cycle (ORC), heat pump, and air conditioning systems. Due to the environmental constraints (F-gaz for the EU) related to the fact that the fluids being used must be harmless to the ozone layer, but also with a low global warming potential (GWP CO2 = 1 reference value), the chemists must develop new molecules responding to these constraints. Today, they have developed fluids called HFOs whose most famous is the HFO1234yf, with a low GWP (4), along with his isomers HFO1234ze and HFO1234zd. If the pure fluid is not suitable for the applications, blends should be developed instead. The objective of these theses is to study several HFOs, in pure compounds and mixtures and develop / compare thermodynamic models in order to predict the phase diagram and density of these fluids. These models should be transferable to industry. The CTP has several equipments to acquire experimental data. The vibrating-tube densimeter will be used to acquire density data, and equilibrium cell (static-analytic method) to acquire liquid-vapor equilibrium data. The cubic equations of state will be used for data treatment. A new equation of state more accurate for density prediction will be presented. A comparison in terms of phase diagrams and density prediction will be carried out.

Les performances temporelles d'une architecture de contrôle-commande conditionnent fortement celles du système automatisé de production commandé. Pour maîtriser ces performances temporelles, l'architecte automaticien doit pouvoir les évaluer à chaque phase du cycle de développement : de l'étude d'avant-projet à la conception détaillée ainsi que lors de la mise au point. Il n'a cependant pas les mêmes attentes concernant les performances estimées. Des résultats approximatifs, obtenus rapidement à partir de données encore imprécises, lui suffisent en début de cycle de développement, alors que des prévisions fiables, même si elles sont plus difficiles à obtenir, lui sont nécessaires en conception détaillée. L'approche que nous présentons prend en compte ces différents besoins et contraintes. Elle consiste en une méthode d'évaluation des performances temporelles d'architectures de commande complexes distribuées en réseaux, destinée à accompagner l'architecte tout au long du cycle de développement. Cette méthode est basée sur une modélisation modulaire du comportement temporel de la commande par réseaux de Petri Colorés Temporisés. Pour ce faire, trois temps sont nécessaires dans la modélisation. La modélisation de l'architecture fonctionnelle consiste à représenter les fonctions de commande, et leurs interactions. La modélisation de l'architecture matérielle permet de traduire la topologie et les connexions entre équipements de commandes (automates programmables, réseaux de communication, ...). L'affectation des fonctions de commande aux équipements ainsi que la prise en compte des communications entre ces fonctions via des réseaux de communication constitue le modèle de l'architecture opérationnelle. Une fois le modèle de comportement de l'ensemble de l'architecture opérationnelle constitué, l'évaluation des performances temporelles est réalisée par simulation du réseau de Petri obtenu. Pour valider notre approche, nous traitons un exemple significatif à l'aide de la plate forme logicielle Design CPN. Cette étude de cas nous permet de présenter une série d'études portant sur la convergence de nos modèles, sur la sensibilité des résultats de simulation aux erreurs de paramétrages et sur la précision des performances obtenues par simulation en les confrontant à celles mesurées sur le système réel.

Les sols sont la principale composantede l’écosystème terrestre et le plus grand réservoir de carbone organique sur Terre, étant très réactifs aux perturbations humaines et aux changements climatiques. Malgré leur importance dans les réservoirs de carbone, la dynamique du carbone des sols est une source importante d'incertitudes pour les prévisions climatiques futures. Le but de la thèse était d'explorer différents aspects d’études du carbone des sols (mesures expérimentales, modélisation et évaluation de bases de données) à différentes échelles spatiales (de l'échelle d'un profil à l'échelle globale). Nous avons souligné que l'estimation des stocks globaux de carbone du sol est encore assez incertaine.Par conséquent le rôle du carbone des sols dans la dynamique du climat devient l'une des principales incertitudes dans les modèles du système terrestre utilisés pour prédire les changements climatiques futurs. La deuxième partie de la thèse porte sur la présentation d'une nouvelle version du modèle IPSL-Land Surface appelé ORCHIDEE-SOM, intégrant la dynamique du 14C dans le sol. Plusieurs tests effectués supposent que les améliorations du modèle devraient se focaliser davantage sur une paramétrisation dépendante de la profondeur,principalement pour la diffusion, afin d'améliorer la représentation du cycle global du carbone dans les modèles de surface terrestre, contribuant ainsi à contraindre les prédictions futures du réchauffement climatique. / Soils are the major components ofthe terrestrial ecosystems and the largest organiccarbon reservoir on Earth, being very reactive tohuman disturbance and climate change. Despiteits importance within the carbon reservoirs, soilcarbon dynamics is an important source ofuncertainties for future climate predictions. Theaim of the thesis was to explore different aspectsof soil carbon studies (Experimentalmeasurements, modeling, and databaseevaluation) at different spatial scales (from thescale of a profile to the global scale). Wehighlighted that the estimation of the global soilcarbon stocks is still quite uncertain.Consequently, the role of soil carbon in theclimate dynamics becomes one of the majoruncertainties in the Earth system models (ESMs)used to predict future climate change. Thesecond part of thesis deals with the presentationof a new version of the IPSL-Land SurfaceModel called ORCHIDEE-SOM, incorporatingthe 14C dynamics in the soil. Several tests doneassume that model improvements should focusmore on a depth dependent parameterization,mainly for the diffusion, in order to improve therepresentation of the global carbon cycle inLand Surface Models, thus helping to constrainthe predictions of the future soil organic carbonresponse to global warming.

Cette thèse présente les mesures et l'analyse thermodynamique d'équilibres de phases de systèmes d'hydrates contenant du dioxyde de carbone (CO2), dans le contexte de procédés alternatifs de captage du CO2. Le développement de nouveaux procédés de séparation par voie de cristallisation par hydrates est un point crucial de cette thématique. Les conditions de température et de pression requises et l'utilisation de promoteurs thermodynamiques sont au-delà des opérations habituelles et des bases de données existantes. La connaissance précise des conditions de formation et dissociation d'hydrates de gaz en présence d'additifs chimiques constitue une contrainte importante d'un point de vue thermodynamique et est nécessaire pour la modélisation et l'établissement de la faisabilité de nouveaux procédés industriels impliquant des hydrates de gaz. Dans cette thèse, nous présentons un nouveau dispositif expérimental qui combine techniques statiques et techniques analytiques, ce dernier a été spécialement développé pour mesurer des données d'équilibres des phases hydrate-liquide-gaz à des températures variant entre 233 et 373 K et à des pressions jusqu' à 60 MPa. De nouvelles données d'équilibre de phases des systèmes (CO2 + méthane), (CO2 + azote) et (CO2 + hydrogène) ont été mesurées dans des conditions de formation d'hydrates en suivant la méthode isochorique avec variation de la pression en fonction de la température, et en analysant la composition en phase gazeuse. Les données d'équilibre et les conditions de dissociation d'hydrates générées dans ce travail sont comparées avec les données de la littérature. La fiabilité des modèles thermodynamiques les plus couramment utilisés est aussi étudiée. Les comparaisons entre les données expérimentales et prédites de dissociation d'hydrates suggèrent la nécessité de réajuster les paramètres des modèles thermodynamiques pour les systèmes contenant des hydrates de CO2. En outre, l'effet promoteur du bromure de tetrabutylammonium (TBAB) sur les équilibres des phases des gaz purs et de mélanges contenant du CO2 a été étudié. L'effet le plus important de promotion (réduction de la pression de formation des hydrates > 90%) est observé pour le système (TBAB + azote). Les résultats expérimentaux suggèrent que le CO2 peut être séparé de mélanges de gaz industriels ou de combustion à des températures douces et à de basses pressions à l'aide de TBAB en tant que promoteur thermodynamique. La pression requise pour la formation d'hydrates à partir de mélanges de (CO2 + azote) est réduite de 60 % en présence de TBAB.

Le rôle croissant des biocarburants dans le marché de l'énergie a stimulé un regain d'intérêt dans l'étude des composés oxygénés. Les avancés dans le domaine des biocarburants proviennent de l'acquisition de données éxperimentales fiables, et du développement de modèles thermodynamiques qui rendent compte des phénomènes associatifs. Les mesures des constituants des biocarburants montrent souvent la coexistantes de phases multiples dont les interactions complexes ne se conforment que rarement aux méthodes conventionnels de modélisation. L'objectif de ce travail est de résoudre cette équation soumis à deux aspects distincts par deux sections. La première section présente des dispositifs experimentaux permettant de mesurer de certaines propriétés thermo-physiques, incluant des équilibres liquide-vapeur à haute et basse pressions, des points critiques, et dans une moindre mesure des enthalpies d'excès. Les appareillages sont validés en fournissant des mesures représentative d'autres données de la littérature existantes. De nouvelles mesures ont été réalisées pour des mélanges associés aux biocarburants contienent des alcools et des acides. Une légère modification des procédures usuelles de mesure des points critiques laisse paraître des résultats prometteurs. La deuxième section aborde de la modélisation de systèmes de biocarburants, comprenant entre autres les données mesurées dans la première section. Les mélanges contenant des groupements hydroxyles et/ou carbonyles comptent au moins un type d'interaction moléculaire mal représentés par les précédentes approches du mean field. Dans ce travail, nous utilisons les pleines capacités de l'équation d'état PC-SAFT basé sur des paramètres physique, et concevons au cas par cas des stratégies qui permettent de pallier aux problèmes dus aux nombreuses non-idéalités issues de ces systèmes. L'équation PC-SAFT couplée avec la théorie de groupe de renormalisation de White est appliquée pour modéliser la région critique. Cette forme améliorée à été testée avec des données experimentales critiques issues de ce travail, et emmène à des observations positives.

La simulation détaillée au niveau carte de ces nouveaux types de packages est quasiment impossible du fait de la limitation des moyens de calculs actuels. En outre, dans la plupart des cas de conception électronique, seule l’estimation des températures en quelques points est intéressante. Une étude détaillée au niveau composant n’est pas nécessairement pertinente. Il faut donc un compromis entre faisabilité et/ou rapidité des calculs et une précision sur les paramètres importants. Une alternative est de trouver des modèles comportementaux équivalents aux modèles détaillés, capable de reproduire son comportement thermique aux points cruciaux. C’est dans cette optique que le projet européen DELPHI (Development of libraries of physical models of electronic components for an integrated design environment) a été initié en 1993. L’objectif de ce projet était de pouvoir générer un modèle compact à partir d’un modèle détaillé d’un composant électronique. Celui-ci a ainsi abouti à une standardisation du processus de génération des modèles mis en oeuvre. Néanmoins, les avancées issues de ce projet sont limitées aux composants mono-puces et à leur comportement thermique en régime permanent. L’objectif de cette thèse est d’avoir une approche multi-échelle de la génération de modèles compacts et leur interaction avec la carte. La modélisation multi-échelle consiste à la génération de modèles mono-puces ou multi-puces et leur réutilisation éventuelle dans des systèmes plus complexes tels que le PCB ou les « System-In-packages ». / This thesis is dedicated to the generation of behavioral thermal model for electronic component having multiple active sensitive chips. This innovative study focuses on the necessary improvements of the concept of steady-state and dynamic compact model in order to elaborate pertinent and accurate modeling practical techniques. To help the electronic designer to early identify the overheated electronic components, the purpose is to generate simplified models, capable to mimic the thermal behavior of sophisticated detailed models. These simplified or compact models using well-known thermal resistances network replicate the thermal path from the most sensitive elements to the external package surfaces and enable to accurately predict their temperatures as well as the case heat flow rates. Preliminary evaluations performed on the popular, plastic Quad Flat-pack No lead package family showed that the simplest network definition, restricted to the heating source and two external surfaces, is always insufficient to properly characterize the thermal response of real device. So our development of steady-state compact thermal model (CTM) for electronic component is based on a process flow defined by the European project DELPHI which was revised by the presented work to address multi-chip components. DELPHI style compact thermal model presents an enlarged node number, especially for the component external surfaces which are divided in a set of relevant areas.

Les Jupiters Chauds représentent une classe d’exoplanètes très intéressante à étudier. En effet, ces planètes géantes gazeuses, orbitant très proches de leurs étoiles (typiquement 0.05 UA) reçoivent un ux UV 10 000 fois supérieur à ce que reçoit Jupiter par exemple dans notre Système Solaire. La temprérature atmosphérique, par conséquent très élevée, est comprise entre 1000 et 3000 K. Ces températures élevées, l'importance de la dynamique et la forte irradiation UV font des atmosphères de ces planètes le site d'une chimie unique, n'ayant pas d'équivalent dans le Système Solaire [...]. / Hot Jupiters are a class of exoplanets very interesting to study. Indeed, these giant planets, orbiting very close to their star (typically 0.05 AU), receive a UV ux 10 000 times more intense that the one Jupiter receives in our Solar system. The atmospheric temperature, thus very high, ranges between 1000 and 3000 K. Because of these high temperatures, the important dynamic and strong UV irradiation, the atmospheres of these planets are the site of unique chemistry, having no equivalent in the Solar System [...]

Les études expérimentales et numériques suivantes visent à la compréhension profonde de l’écoulement se développant dans le compresseur haute-vitesse axial de 3.5 étages CREATE, étudié sur un banc d’essai de 2 MW au Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique (LMFA) à Lyon, France. Ce travail a trois objectifs principaux : D’abord, une description globale de l’écoulement avec une identification des limites aux méthodes d’exploration utilisées ; Ensuite, la caractérisation de l’effet du clocking stator-stator dans un compresseur à haute-vitesse ; Troisièmement, l’identification des instabilités à faibles débits pour confirmer les études sur les compresseurs à basse-vitesse et contribuer à plus de compréhension.Il est montré qu’une mauvaise interprétation des données de performance stationnaire se fait facilement en raison des contraintes de mesure et des coefficients de correction sont proposés. À certains endroits dans le compresseur, des limites aux méthodes d’exploration (expérimentales et numériques) de l’écoulement sont identifiées. Cette identification va permettre la poursuite du développement des méthodes. Les principales erreurs de prédiction des simulations concernent la surestimation du blocage induit par l’écoulement de jeu et l’augmentation de pression. En outre, les mesures fournies par les sondes de pression pneumatique surestiment la pression statique en amont des stators. Cette erreur est probablement provoquée par l’interaction entre le champ potentiel du stator et la sonde elle-même. De plus, l’anémométrie Doppler laser surestime la vitesse en aval des stators. Le transport des sillages du rotor à travers des stators n’est pas correctement capturé avec les particules d’ensemencement.Le clocking a seulement un petit effet global dans la bande d’incertitude de mesure dans ce compresseur. Plusieurs contributions à ce faible effet de clocking sont identifiées par l’analyse du transport des structures d’écoulement : Le mélange circonférentiel du sillage de stator et la déformation des sillages le long de leur trajet dans l’écoulement. L’effet local du clocking dépend de la hauteur de veine en raison de la variation de la forme des aubages et du transport des sillages. Des effets positifs et négatifs sont présentés, qui globalement se compensent dans ce compresseur. Les instabilités dans ce compresseur dépendent du point de fonctionnement et des méthodes d’exploration de l’écoulement. Aux points de fonctionnement stables et à la vitesse nominale du compresseur, les résultats numériques montrent une perturbation tournante dans les rotors 2 et 3, alors que les mesures montrent une perturbation tournante que dans le premier rotor et seulement à basse vitesse du compresseur. Dans les deux cas, les perturbations montrent des caractéristiques semblables. Une étude numérique permet d’exclure l’influence des interactions rotor-stator sur la perturbation tournante et met en évidence sa source. Des nouvelles connaissances sur le comportement stable et la périodicité du rotating instability (mesuré) sont dérivées contrairement au comportement instable suggéré par la dénomination et la littérature. Il est montré que cette perturbation évolue en cellule de décrochage tournante à l’approche de la limite de stabilité. A la vitesse nominale du compresseur, une entrée en instabilités de type spike est identifiée expérimentalement. Une description précise de l’apparition brutale du spike et sa différence par rapport à une cellule de décollement tournant sont présentées. / The following experimental and numerical investigations aim at the deep understanding of the flow field in the 3.5 stages high-speed axial compressor CREATE, studied on a 2 MW test rig at the Laboratory of Fluid Mechanics and Acoustics (LMFA) in Lyon, France. This work focuses on three major objectives: Firstly, a global description of the flow field with an identification of limitations to the used exploration methods; Secondly, the characterization of the effect of stator-stator clocking in a high-speed compressor; Thirdly, the identification of instabilities arising at low mass flow rates for confirming studies on low-speed compressors and giving new insights.This work demonstrates that a mis-interpretation of steady performance data occurs easily due to measurement constraints and correction coefficients are proposed. At certain locations in the compressor, the flow field exploration (experimental and numerical) methods are identified to be challenged. This identification will initiate further development of the methods. The main mis-predictions of the simulations concern the over-prediction of the blockage induced by the tip leakage flow and eventually an over-predicted pressure rise. Furthermore, the measurements provided by the pneumatic pressure probes over-estimate the static pressure upstream of the stators. This error is induced by the interaction between the stator potential field and the probe it-self. In addition, the laser Doppler anemometry method over-estimates the velocity downstream the stators. The transport of the rotor wakes through the stators might not be correctly captured with the seeding particles in this high-speed compressor.The investigation of the stator clocking reveals only a small global effect within the measurement uncertainty band. Several contributions to the weak effect of clocking are identified by analysis of the flow structure transport, namely the time-mean mixing out of the stator wakes and the deformation of wakes along their flow path. The local effect of clocking depends on the span-height because of the variation of the circumferential position of the stator wakes and the stator blade shape over the span-height. Local possible positive and negative effects of clocking are identified and are shown to be almost in balance in this compressor. Furthermore, this work demonstrates that the unsteadiness in the flow field is not linked conclusively to the stator clocking.In this compressor, the arising instabilities depend on the operating point and flow field exploration methods. At stable operating points and nominal compressor speed, the numerical results reveal a rotating disturbance in the rotors 2 and 3, whereas the measurements show a rotating disturbance only in the first rotor and only at part speed. In both cases the disturbance exhibits rotating instability like characteristics. An exhaustive numerical study allows to exclude the commonly assumed influence of rotor-stator interactions on the rotating disturbance and pinpoints its source. New insights into the stable behavior and periodicity of the measured rotating instability are derived contrary to the unstable behavior suggested by the naming and literature. This disturbance is shown to evolve into rotating stall cells when approaching the stability limit. At nominal compressor speed, a spike type surge inception is identified I n the measured field. A precise description of the abrupt onset of the spike cell and its difference to a rotating stall cell are presented.

La pression acoustique diffusée par des tubes de longueur finie, immergés dans l'eau, est analysée expérimentalement et théoriquement dans les espaces de Fourier. La signature, spectrale et temporelle, de tels objets est interprétée en termes de résonance et de propagation d'ondes de surface. Les diffuseurs sont en acier inoxydable, de rapports des rayons interne sur externe égaux à 0,83 et 0,97. Ils sont excités en champ lointain par des signaux ultrasonores large bande, pour des angles d'incidence compris entre 0° (incidence normale par rapport à l'axe principal des objets) et 50°. Les résonances présentes dans les réponses spectrales rétrodiffusées, relatives aux ondes hélicoïdales S0 et T0, sont identifiées. Les modes de vibration associés sont déterminés expérimentalement en utilisant deux dispositifs de mesure bistatiques. Un premier montage, où le transducteur récepteur tourne dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube, conduit à l'identification des modes circonférentiels (n) ; un second montage original, où le récepteur se déplace parallèlement à l'axe de l'objet, permet d'identifier les modes axiaux (m). Ces résultats sont en accord avec ceux obtenus à l'aide d'une approche théorique modale hybride combinant la théorie de l'élasticité et l'intégrale de diffraction de Kirchhoff. Ces informations (fréquence de résonance, n, m) permettent d'évaluer la vitesse de phase et l'angle de propagation de l'onde correspondante. On réalise ainsi l'identification complète des résonances de l'objet (nature de l'onde, n, m). Chaque résonance, manifestation d'un mode propre de l'objet limité sélectionné par les conditions d'excitation, est observée à une seule fréquence pour plusieurs angles d'incidence voisins. Un modèle géométrique décrivant le parcours hélicoïdal des ondes sur le tube permet l'analyse des réponses temporelles. Les temps auxquels les échos sont observés, sont associés à des trajets de l'onde T0. L'influence des dimensions des objets (longueur et diamètre) sur la rétrodiffusion est ainsi étudiée. L'approche géométrique permet également de considérer les effets liés à la présence d'un disque radial dans les tubes : le rôle de l'onde A (onde d'interface) devient prédominant.