Dans un contexte où la demande en électricité varie fréquemment et que l'utilisation de production d'électricité intermittente telle que l'éolien et le solaire est privilégiée, il est nécessaire d'avoir un moyen de production pour stabiliser le réseau. L'hydroélectricité est une option attirante puisqu'elle est renouvelable et a un temps de réponse au changement très rapide. Cette stabilisation entraîne cependant une augmentation drastique d'arrêts et départs des turbines hydrauliques, ce qui a un effet néfaste sur la durée de vie. En effet, d'importantes contraintes ont été observées lors du démarrage de certaines turbines, sans pour autant que soit comprise l'origine de cet effet. Afin d'améliorer notre compréhension sur la dynamique de la turbine en démarrage, des mesures expérimentales sur modèle réduit en laboratoire sont essentielles. Cette thèse présente l'évolution du comportement dynamique de l'écoulement lors de différentes séquences de démarrage sur le modèle réduit d'une turbine bulbe. Les bancs d'essai en circuit fermé comme celui installé au laboratoire de machines hydrauliques (LAMH) ne permettent pas en général de conserver constante la chute d'essai pour des phénomènes transitoires comme un démarrage. Cette recherche propose donc une méthode ingénieuse pour surmonter ce problème. Afin d'obtenir des conditions similaires aux turbines prototypes, les caractéristiques d'ouverture des directrices (angle finale, vitesse d'ouverture) ont du être adaptées. Basées sur une analyse dimensionnelle, elles sont déterminées pour évaluer l'effet de la vitesse d'ouverture des directrices sous une chute constante. L'ouverture finale des directrices est déterminée pour atteindre une vitesse unitaire choisie pour le modèle. Les trois vitesses d'ouverture sélectionnées représentent, toutes proportions gardées, ce qui peut être observé sur des prototypes. Cette étude propose également une technique innovante pour obtenir l'évolution du débit au cours du démarrage à l'aide d'un système de vélocimétrie par image de particules résolu dans le temps. L'évolution des quantités globales de la turbine, telles que le couple et le débit, est différente pour les basses et la haute vitesses d'ouverture. Un certain degré d'universalité est observé sur les nombres sans dimension pour les deux faibles vitesses d'ouverture. Pour la haute vitesse, l'écoulement semble avoir de la difficulté à suivre l'évolution du schéma d'ouverture des directrices. D'autre part, l'analyse du champ de pression sur les pales lors de la phase d'accélération de la roue montre que la roue opère comme une turbine à impulsion jusqu'à ce que le couple atteigne sa valeur maximale. Même si la machine réagit davantage comme une turbine à réaction par la suite, des phénomènes locaux apparaissent et entraînent la formation de structures importantes dans la roue, comme par exemple un écoulement de retour. Lorsque la turbine atteint le régime sans charge, à la fin de l'ouverture, la roue tourne à la vitesse unitaire choisie. Dans ces conditions, deux phénomènes sous-synchrones et des tourbillons inter-aubes sont présents. Ces phénomènes sous-synchrones sont constitués de une ou deux structures tournant autour de l'axe de la roue, en alternance apparemment aléatoire. Ce caractère bistable influence le champ de pression sur les pales dont l'évolution dépend des structures présentes. De plus, l'intensité des tourbillons inter-aubes qui apparaissent lorsque le couple atteint sa valeur maximale est également influencée par ces phénomènes. / In a context where the electricity consumption varies frequently and the use of intermittent power generation such as wind and solar is trendy, it is necessary to have a means of generation to stabilize the grid. Hydropower is an attractive option because it is renewable and has a very fast response time to load variation. However, the use of hydraulic turbines to stabilize the grid leads to a drastic increase in their stops and startups, which has a critical effect on the lifetime of the runner. Indeed, significant stresses have been observed during the start-up of some turbines, without understanding where this effect comes from. In order to improve our understanding of the dynamics of the turbine during start-up, experimental measurements on scale models in a laboratory are essential. This thesis presents the evolution of the dynamic behaviour of the flow during different startup sequences on a model scale bulb turbine. Closed-loop test benches such as the one at Laval University's LAMH are interesting because they allow experimental analyses to be undertaken on a wide range of turbines while being compact. However, they do not generally allow to keep the pressure head constant for transient phenomena such as start-up. This study proposes a first attempt to study the transient regime of start-up on this type of test bench. In order to obtain conditions similar to prototype turbines, the opening characteristics of the guide vanes (final angle, opening speed) had to be adapted. Based on a dimensional analysis, the characteristics of the experiment are determined in order to evaluate the effect of the opening speed of the guide vanes under a constant pressure head. The final opening of the guide vanes is determined in order to reach a unit speed chosen for the model. The three selected opening speeds represent, in all proportions, what can be observed on prototypes. This study also proposes an innovative technique to obtain the evolution of the flow rate during start-up using a time-resolved particle image velocimetry system. The turbine shows a different behavior between the two lowest opening speeds and the high opening speeds. The global turbine quantities such as torque and flow rate have different evolutions. A certain degree of universality is observed on the dimensionless numbers for the two lowest opening speeds. For the high speed, the flow seems to have difficulty to follow the evolution of the opening sequence of the guide vanes. In addition to the study on the global quantities of the turbine, the analysis of the pressure field on the blades during the acceleration phase of the runner presents some interesting characteristics. It shows that the runner operates like an impulse turbine until the torque reaches its maximum value. Even if the machine works more like a reaction turbine afterwards, local phenomena occur which lead to the formation of important structures in the runner, such as a return flow. When the turbine reaches speed no-load regime, at the end of the opening, the runner rotates at the selected unit speed. Under these conditions, two sub-synchronous phenomena and inter-blade vortices are present. These sub-synchronous phenomena are made up of one or two structures rotating around the axis of the runner, in apparently random alternation. This bistable character influences the pressure field on the blades whose evolution depends on the structures present. In addition, the intensity of the inter-blade vortices that appear when the torque reaches its maximum value is also influenced by these phenomena.

Une étude en modèle réduit a été entreprise en vue de déterminer les forces, les moments et le franchissement des vagues sur des murs munis de déflecteurs ou chasse-mer. Ces ouvrages sont placés en bordure des routes longeant la mer, particulièrement sur la péninsule gaspésienne. Les essais ont été effectués dans le canal à houle du laboratoire d'hydraulique de l'Université Laval, sous les conditions de vagues, régulières, de profondeurs d'eau et pour une pente du fond de 1 : 10 devant le mur. Les essais en laboratoire ont également été réalisés sur deux murs de hauteur différente, soit à une échelle de Fraude de 1 : 15. Quatre déflecteurs, ayant des rayons de courbure de 40 et 80 mm à l'échelle de 1 : 15 et de 30 et 60 mm à l'échelle de 1 : 15, ont été testés en laboratoire, de façon à comparer leur effet sur les forces et le franchissement des vagues. Les données des hauteurs de vagues, des forces et des moments ont été enregistrées à l'aide du logiciel DaisyLab®, puis calculées à l'aide du logiciel Matlab et enfin analysées dans Excel pour en obtenir les statistiques de leur variabilité. Le montage expérimental est décrit dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente les différentes conditions des essais effectués en laboratoire. Les résultats et leurs interprétations sont présentés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 présente les analyses statistiques. La conclusion et les recommandations découlant de cette étude se retrouvent au dernier chapitre.

Ce travail de thèse porte sur les instabilités dans les structures minces hyperélastiques. Nous analysons les mécanismes de sélection du motif de flambement dans un solide prismatique fortement pré-contraint. Pour ce système, le modèle de poutre classique d'Euler-Bernoulli n'est pas pertinent du fait de cette forte précontrainte et il est nécessaire de recourir à une description 3-d pour expliquer l'apparition de modes instables de petite longueur d'onde. Notre analyse, fondée sur la théorie de l'élasticité finie incrémentale, montre que la longueur typique du motif de flambement est sélectionnée par l'importance relative de la pré-contrainte et du rapport d'aspect du solide prismatique. Nous nous interrogeons ainsi sur les limites du modèle classique et proposons une piste de réflexion pour la construction de nouveaux modèles. Celle-ci repose sur un développement à deux échelles combiné aux équations d'équilibre du système formulées sous forme faible. Il est alors facile de résoudre les équations exactes à chaque ordre, ce qui donne accès à la cinématique complète du système. Nous mettons en œuvre cette méthode pour l'exemple simple d'un barreau homogène en compression, ce qui nous permet d'établir le modèle classique d'Euler-Bernoulli à partir des équations de l'élasticité 3-d. La dernière partie de ce travail de thèse porte sur l'étude du flambement de systèmes invariants d'échelle : l'étude expérimentale et numérique de la compression d'un prisme à base triangulaire met en lumière une transition inédite d'un mode de flambement étendu vers des motifs localisés. / This Ph.D. work deals with buckling instabilities arising in thin hyper-elastic structures. We focus on instabilities arising in a prismatic solid submitted to finite incompatible pre-strains. We observe that the traditional 1-d Euler-Bernoulli beam model is not applicable to such a system because of the finite inhomogeneous pre-stress. The latter triggers short-wavelength instabilities that are note described by the classical 1-d models. We rely on the 3-d elasticity theory and propose a quantitative criterion on the ratio between the pre-stress and the cross-sectional aspect-ratio of the prismatic solid, that predicts the typical wavelength of the buckling pattern. This work questions the validity of classical 1-d models and suggests that extensions of these models are possible. We propose a method for the systematic derivation of reduced models. It relies on asymptotic expansions of the variational formulation of the equilibrium equations, starting from the complete expression of the energy. In this framework, kinematics can be entirely determined by solving the exact equations, order by order. We successfully apply this method to a homogeneous and isotropic beam submitted to a homogeneous compression and recover the classical Euler-Bernoulli beam model. In a last part of the manuscript we investigate the transition from extended wrinkling to localized creasing in a scale-invariant system made of a prismatic solid with a triangular cross-section, both experimentally and numerically.

Les ensembles aubagés interviennent dans diverses applications industrielles telles que les fans de moteurs d'avion, les moulins à vent, les pompes. en configuration nominale (parfaite), un ensemble aubagé est caractérisé par sa symétrie cyclique. où tous les secteurs sont identiques. Cependant, en pratique, il subsiste des différences entre les secteurs, du fait des tolérances de fabrication, de l'inhomogénéité matérielle ou bien de l'usure de fonctionnement. Ces petites irrégularités, connues sous le nom de désaccordage, perturbent la symétrie cyclique. Les modes de vibration ne sont plus des harmoniques parfaites et la dynamique d'une structure désaccordée peut être profondément différente de celle d'une structure nominale. L'étude ne se résume plus à un seul secteur et des modèles réduits particuliers doivent être construits. C'est ce que présente ce travail.

Cette thèse s'intéresse à la mise en œuvre de modèles réduits de roues aubagées de moteurs d'avion sujettes au désaccordement. <br /><br />Lors de la modélisation de structures dites à symétrie cyclique, différents niveaux de complexité peuvent être pris en compte. Du fait de la taille des modèles numériques engendrés, il est usuel de mettre en œuvre des méthodes de réduction. Jusqu'à récemment, il était supposé que toutes les aubes étaient identiques, caractéristique mathématique permettant une réduction drastique des temps de calcul, et ce sans approximation sur la solution finale, utiles à l'analyse du comportement vibratoire de l'ensemble de la structure. Il s'avère en fait que cette hypothèse est limitée et que les aubes sont statistiquement toutes différentes les unes des autres, du fait des méthodes de fabrication par exemple, mais aussi des cycles de fonctionnement : c'est ce que l'on nomme communément le "désaccordement". La symétrie cyclique est alors rompue et les hypothèses de travail initiales ne sont plus valides. Il faut alors construire de nouveaux modèles réduits prenant en compte ce désaccordement avec un niveau d'approximation maîtrisé.

La présence de distorsions inévitables fait que les méthodes classiques de réduction d'échelle<br />sont inexploitables pour la prédiction du comportement non-linéaire de structures en<br />composite stratifié. Dans un premier temps, une nouvelle méthode capable de tenir compte<br />des effets d'échelle est développée en s'appuyant sur l'exemple d'absorbeurs d'énergie en<br />verre E / époxy sollicités en compression axiale statique. Dans un second temps, une étude<br />fréquentielle est réalisée de façon à étendre cette méthode aux sollicitations en dynamique<br />rapide. Des comparaisons avec les résultats issus de la similitude de Cauchy mettent en<br />évidence un gain important en terme de précision des prédictions des paliers d'effort. Enfin,<br />une modélisation par éléments finis est réalisée afin d'étudier les différents phénomènes qui<br />se produisent lors du crash et de tester l'utilisation de la similitude indirecte. Ce modèle<br />numérique permet de préciser les causes de l'effet d'échelle détecté précédemment.

La variété des concepts d'aéronef à voilure tournante n'a d'égal que l'étendue de leur hamp applicatif. Dès lors, se pose une question essentielle : quel concept est le plus adapté face à un certain nombre de missions ou de spécifications ? Une partie essentielle de la réponse réside dans l'étude des performances de vol et des impacts environnementaux de l'appareil. Le projet de recherche fédérateur C.R.E.A.T.I.O.N. pour " Concepts of Rotorcraft Enhanced Assessment Through Integrated Optimization Network " a pour but de mettre en place une plateforme numérique de calculs multidisciplinaires et multiniveaux capables d'évaluer de tels critères. La multidisciplinarité fait écho aux différentes disciplines associées à l'évaluation des giravions tandis que l'aspect multi-niveaux reflète la possibilité d'étudier un concept quelque soit l'état des connaissances sur ce dernier. La thèse s'inscrit dans ce projet. Une première implication est le développement de modèles de performances de vol et leur intégration dans des boucles de calcul multidisciplinaires. Au-delà de cet aspect de modélisation physique, la multidisciplinarité touche aussi le champ des mathématiques appliquées. Les méthodes d'optimisation multi objectifs multi paramètres, l'aide à la décision pour la sélection d'un optimum de meilleur compromis, l'exploration de bases de données, la création de modèles réduits sont autant de thématiques explorées dans cette thèse.

Dans les centrales nucléaires et thermiques, certaines installations sont sujettes à des couplages acousto-mécaniques pouvant nuire fortement à leur bon fonctionnement. La compréhension et la prédiction de ces couplages multi-physiques nécessitent le développement de modèles numériques de très grande précision. Ces modèles sont si coûteux à résoudre qu'il n'est pas envisageable de les utiliser dans des boucles de contrôle ou encore d'optimisation paramétrique. Dans ce manuscrit de thèse, le but est d'exploiter un nombre limité de calculs coûteux pour construire un modèle numérique qui soit de très faible dimension. Ces modèles numériques réduits doivent être capables, en temps réel, de reproduire ces calculs haute-fidélité mais aussi d'extrapoler ces résultats à d'autres points de fonctionnement plus ou moins proches. L'évolution dé petites perturbations compressibles au sein d'un écoulement complexe moyenné est modélisée à partir des équations d'Euler linéarisées dont la nature hyperbolique complique l'application des méthodes de réduction classiques. Les principales problématiques théoriques et numériques qui émergent lors de la construction du système réduit par méthode de projection sont alors exposées. En particulier, les problèmes fondamentaux de la préservation de la stabilité et du contrôle de l'énergie des systèmes réduits sont largement développés et une nouvelle méthode de stabilisation est proposée. Leur sensibilité paramétrique est aussi discutée. Les modèles réduits stables sont ensuite intégrées dans un code de calcul industriel pour prendre en compte des géométries complexes. De plus, la présence de solides dont les parois peuvent être fixes ou mobiles est abordée. En particulier, les petits déplacements de paroi sont modélisés avec une loi de transpiration. Cette condition aux limites est intégrée dans le formalisme du contrôle de façon à lever la difficulté induite par sa non homogénéité. Finalement, les modèles réduits sont exploités pour prédire en temps réel la réponse des systèmes à une loi de contrôle arbitraire. Par exemple, la fréquence et l'amplitude du chargement peuvent varier. Le code de calcul réduit ainsi développé a pour principale vocation de rendre possible des expertises aéroélastiques à faible coût.

Dans le cadre de l’amortissement passif de structure, les élastomères sont employés dans les industries du transport sous la forme de liaisons amortissantes. Ces matériaux ont un comportement dépendant de la fréquence, de la température et de l’amplitude d’excitation. Les modèles numériques associés peuvent être coûteux en temps de calcul, notamment en phase d’optimisation. Le but de cette thèse est de proposer un modèle réduit efficace de ces liaisons amortissantes, qui prenne en compte la dissipation viscoélastique et les précharges non-linéaires dans les liaisons. La première partie de ce mémoire se concentre sur la représentation de la dissipation par le modèle réduit. Une loi de comportement viscoélastique, basée sur un modèle rhéologique identifié expérimentalement, est utilisée avec la méthode des éléments finis pour obtenir un modèle numérique des liaisons amortissantes. Un premier modèle réduit prédictif, prenant en compte la dissipation en est dérivé en utilisant une extension originale des méthodes de sous-structuration. La deuxième partie traite de l’influence des précharges statiques non-linéaires sur le comportement dynamique et la dissipation dans les liaisons. Pour cela, une loi de comportement hyper-visco-élastique linéarisée autour d’un état précontraint statique non-linéaire est développée. Les méthodes de sous-structuration introduites dans la première partie sont alors enrichies afin de tenir compte de la dissipation et les non-linéarités géométriques dans les liaisons. Finalement, ces modèles réduits à 2 nœuds permettent des gains en temps de calcul d’un facteur 50 à 100 et sont facilement utilisables par l’ingénieur en phase de conception. / In the context of passive damping, various mechanical systems from the space, aeronautic or auto-mobile industry use elastomer components (shock absorbers, silent blocks, flexible joints...).These materials have frequency, temperature and amplitude dependentcharacteristics. The associated numerical models may become computationally too expensive during an optimization process.The aim of this work is to propose an efficient reduced model of rubber devices that account for the viscoelastic damping and the non-linear pre-stress in the dampers.The first part of this thesis is about how to include the viscoelasticdamping in the reduced model. It starts by using a viscoelastic constitutive relation, based on experimental identification, within the frame of the finite element method to obtain a numerical model of the rubber dampers. A first efficient reduced model is then derived from this FE model by using an original extension of sub-structuring methods in the case of viscoelastic damping.In the second part, the influence of non-linear static pre-stress overthe dynamic behavior and the dissipation in the dampers is studied. An hyper-visco-elastic constitutive relation, linearized in the neighbourhood of a pre-stressed state, is developed. The sub-structuring methods presented in the first part are then upgraded to account for the damping and the geometrical non-linearities in the dampers. Finally, these 2-node reduced models give access to greatly reduced computation times (50 to 100 times faster) and are easy to use for the engineer.

Le bateau occupe une place privilégiée dans la documentation nagadienne, celui-ci apparaissant sur l’ensemble des médias qui nous sont parvenus et comptant parmi les motifs iconographiques les plus anciens. Il est omniprésent, que ce soit sous la forme de véritables embarcations ou de modèles en argile, de marques de potiers, de représentations peintes sur les vases ou encore gravées dans la roche. Les domaines auxquels ces sources font référence sont multiples :elles informent tant sur les pratiques funéraires et religieuses que sur les sphères politique et économique des périodes pré- et protodynastiques (ca 4500-2700 avant J.-C.). L’ensemble des catégories de sources considérées dans ce travail illustre un même processus à l’œuvre durant le 4e millénaire et dont l’aboutissement n’est autre que l’apparition de l’idéologie pharaonique, bâtie autour de ce concept phare qu’était la Maât. Loin d’être limitées à une seule fonction, les représentations de bateaux surprennent par leur forte variabilité sémantique. Le bateau est en effet rapidement investi de diverses notions symboliques parmi les plus fondamentales de l’idéologie nagadienne :marque de prestige et de pouvoir, il pouvait également incarner l’Ordre dominant le Chaos, voire l’institution royale. Ces concepts sont marqués par des divergences régionales et influencés par des traditions séculaires. Les modèles réduits témoignent quant à eux de l’évolution des pratiques cultuelles. La concentration de ces objets dans les premiers temples et dépôts cultuels atteste l’homogénéisation de ces pratiques et le développement de la composante religieuse en Égypte. La politique de standardisation artistique, religieuse et philosophique menée sous les deux premières dynasties décide quel concept idéologique conserver et quel autre définitivement écarter. Dès les premières personnifications iconographiques du roi, seul garant de l’ordre cosmique sur terre, le bateau perd progressivement de ses prérogatives allégoriques pour se voir cantonné à des fonctions funéraires et religieuses. C’est à cette époque que se développent les inhumations de barques, pratique qui culminera sous les rois bâtisseurs de l’Ancien Empire. L’objectif de ce travail est d’analyser l’ensemble des productions artistiques, artisanales et architecturales pré- et protodynastiques en lien avec le bateau afin de mettre en lumière le processus global qui l’a conduit à incarner ces notions symboliques et idéologiques primordiales. Il vise également à fournir une synthèse portant sur les débuts de la navigation en Égypte et sur ses implications dans la formation de l’État pharaonique. / Doctorat en Histoire, histoire de l'art et archéologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished