Dans un moteur à propergol solide, l'écoulement dépend fortement des gouttes d'alumine en suspension, dont la fraction massique est élevée. La distribution en taille des gouttes, qui s'élargit avec la coalescence, joue un rôle clef. Or résoudre des écoulements diphasiques polydisperses instationnaires avec une bonne précision sur la taille est un défi à la fois sur le plan de la modélisation et du calcul scientifique: (1) de très petites gouttes, par exemple résultant de la combustion de nanoparticules d'aluminium, subissent mouvement brownien et coalescence, (2) de petites gouttes ont leur vitesse conditionnée par leur taille de sorte qu'elles coalescent lorsqu'elles ont des tailles différentes, (3) des gouttes plus grosses peuvent se croiser par effet d'inertie et (4) toutes les gouttes interagissent de manière fortement couplée avec la phase porteuse. En complément des approches lagrangiennes, des modèles eulériens ont été développés pour décrire la phase dispersée à un coût raisonnable, et ils permettent un couplage aisé avec la phase porteuse ainsi que la parallélisation massive des codes: les approches eulériennes sont bien adaptées aux calculs industriels. Le modèle Multi-Fluide permet la description détaillée de la polydispersion, des coreélations taille/vitesse et de la coalescence, en résolvant séparément des "fluides" de gouttes triées par taille, appelés sections. Un ensemble de modèles est évalué dans cette thèse et une stratégie numérique est développée pour effectuer des calculs industriels de moteurs à propergol solide. (1) La physique des nanoparticules est évalué et incluse dans un modèle de coalescence complet. Des méthodes de moments d'ordre élevé sont ensuite développées: (2) une méthode à deux moments en taille est étendue à la coalescence pour traiter la physique de la polydispersion et les développements numériques connexes permettent d'effectuer des calculs applicatifs dans le code industriel CEDRE; (3) une méthode basée sur les moments en vitesse du deuxième ordre, un schéma de transport à l'ordre deux sur maillages structurés ainsi qu'un modèle de coalescence sont développés. Des validations académiques de la stratégie pour gouttes d'inertie modérée sont effectuées sur des écoulements complexes puis avec de la coalescence; (4) une stratégie d'intégration en temps est développée et mise en œuvre dans CEDRE pour traiter efficacement le couplage fort, dans des cas instationnaires et polydisperses incluant de très petites particules. L'ensemble des développements est soigneusement validé: soit par des formules analytiques ad hoc pour la coalescence et pour le couplage fort d'une onde acoustique; soit par des comparaisons numériques croisées avec une DPS pour la coalescence et avec des simulations lagrangiennes de cas applicatifs, coalescents et fortement couplés; soit par des résultats expérimentaux disponibles sur une configuration académique de coalescence et sur un tir de moteur à échelle réduite. La stratégie complète permet des calculs applicatifs à un coût raisonnable. En particulier, un cal- cul de moteur avec des nanoparticules permet d'évaluer la faisabilité de l'approche et d'orienter les efforts de recherche sur les propergols chargés de nanoparticules.

Une des solutions pour diminuer les émissions polluantes émises par un moteur à combustion interne est de réinjecter une partie des gaz d'échappement (Exhaust Gas Recirculation, EGR) à l'admission. Cependant, dans le cas d'une dilution du mélange air-carburant trop importante, la combustion est plus instable voire ne pas s'entretenir. L'ajout d'une faible quantité d'hydrogène a le potentiel de contrer cet effet négatif de forte dilution. C'est dans ce contexte que ce travail de thèse est basé sur une étude détaillée des effets combinés de l'ajout de l'hydrogène et de la dilution dans un moteur à allumage commandé alimenté par du méthane ou de l'iso-octane. Dans la première partie de ce travail, le potentiel de l'ajout de l'hydrogène combiné à la dilution, en termes d'émissions polluantes et de rendement global du moteur, est montré. Dans la deuxième partie, afin de mieux comprendre l'effet de l'hydrogène et de la dilution dans un moteur à combustion interne et leurs influences sur les propriétés fondamentales de la combustion, la vitesse de combustion laminaire, paramètre fondamentale, a été déterminée expérimentalement pour des mélanges isooctane ou méthane avec de l'air contenant différents pourcentages d'hydrogène et de dilution. Des corrélations ont pu ainsi être formulées permettant d'estimer la vitesse fondamentale de combustion laminaire pour ces mélanges. Dans la dernière partie, l'utilisation de deux diagnostics optiques (la chemiluminescence de la flamme et la tomographie par plan laser du front de flamme couplé à la mesure de vitesse par vélocimétrie par imagerie de particules) a permis de quantifier l'effet de l'hydrogène et de la dilution sur la propagation de flamme turbulente dans un moteur à allumage commandé muni d'accès optiques. Nous avons ainsi montré que le la vitesse de combustion laminaire a un effet prépondérant, comparé au nombre de Lewis, sur la vitesse de combustion turbulente dans un moteur à allumage commandé.

L'écoulement de refroidissement, qui pénètre par les entrées d'air sous le capot des véhicules automobiles,est étudié à partir de trois approches complémentaires : les approches théorique, expérimentale et numérique. Ces trois approches s'appuient sur une maquette simplifiée à culot droit basée sur le corps de Ahmed et équipée d'un compartiment moteur. Les mesures expérimentales montrent que placer la sortie du compartiment moteur au culot de la maquette est plus favorable à une faible traînée de refroidissement qu'une sortie placée au niveau du soubassement. La contribution de la traînée de refroidissement dans la traînée totale peut ainsi varier de 2% à 24%. Les simulations numériques donnent elles accès au débit de refroidissement. Pour les configurations étudiées, les sorties au culot sont là encore les plus favorables puisqu'elles fournissent les débits les plus importants à travers le milieu poreux modélisant un échangeur aérothermique. Par ailleurs, la mise en place d'étanchéités de part et d'autre de l'échangeur améliore significativement le débit de refroidissement où une augmentation d'environ 45% est obtenue. La mise en place d'un modèle analytique permet de relier la traînée et le débit de refroidissement à partir d'une analogie entre les circuits électriques et les écoulements fluides. Il est alors possible de prévoir le sens d'évolution du débit de refroidissement, donc de la performance des échangeurs aérothermiques, à partir d'une modification géométrique interne au compartiment moteur.

Les réglementations européennes étant de plus en plus restrictives en ce qui concerne les émissions de polluants et plus particulièrement les émissions d'oxydes d'azote (NOx) et de suies, l'objectif de ce travail est de fournir des outils de modélisation permettant l'analyse des mécanismes de réduction de ces émissions à la source, c'est-à-dire au niveau de la chambre de combustion. Dans un premier temps, un modèle de tabulation pour la prédiction des oxydes d'azote a été développé. Ce modèle (appelé NORA: NO Relaxation Approach) repose sur une méthode de perturbation d'état d'équilibre et présente l'avantage d'être simple d'utilisation, robuste et totalement indépendant du modèle de combustion turbulente. L'utilisation du modèle NORA permet une amélioration significative des résultats par rapport à une résolution directe du mécanisme de Zel'dovich couplé à une cinétique réduite. Dans un second temps, le travail a porté sur la modélisation des suies avec comme objectif la prédiction des suies en terme de masse et de distribution en taille de particules (PSDF: Particle Size Distribution Function). La méthode sectionnelle a tout d'abord été implémentée dans un solveur de flamme 1-D et validée par rapport à des données expérimentales en flammes laminaires d'éthylène. La question du couplage du modèle de suies avec un modèle de combustion turbulente a ensuite été posée. Ce travail montre que le couplage entre la phase gazeuse et la phase solide n'est pas négligeable. Un premier modèle de combustion mixte (appelé MTKS) utilisant une méthode tabulée et un solveur de chimie détaillé dans les gaz brûlés a été couplé au modèle de suies. L'approche MTKS a été testée dans des réacteurs hétérogènes à volume variable et les résultats sont encourageants.

Cette thèse porte sur la validation et l'application d'un spectrofiltre pour séparer le bruit de combustion et le bruit mécanique d'un moteur Diesel. Le spectrofiltre est un estimateur de fonction de transfert. Dans le contexte de notre étude, il estime les transferts vibroacoustiques des forces de combustion entre les cylindres du moteur et le point d'écoute. Le spectrofiltre s'obtient à partir des pressions-cylindre et du bruit rayonné par le moteur. La méthode que nous examinons est une application de la théorie de la cyclostationnarité. Elle consiste à calculer le spectrofiltre à partir de la partie aléatoire des signaux. L'intérêt de cette méthode est de fortement réduire une erreur provenant de la cohérence entre la combustion et les sources de bruit mécanique. Cette méthode est d'abord justifiée sur la base d'arguments théoriques, et formalisée de façon à mettre en évidence ses avantages et ses inconvénients. Elle est ensuite validée par deux expériences numériques et une expérience en conditions réelles. Elle est finalement appliquée à l'étude des transferts vibroacoustiques des forces de combustion, et de la composition du bruit du moteur, relativement au point de fonctionnement (régime, charge, et teneur en GTL du carburant).

Th. 3e cycle--Électrotech.--Grenoble--I.N.P., 1982. N°: D3 164.

Cette thèse porte sur l’étude des performances du moteur linéaire de référence par la méthode d’analyse éléments finis, et la conception optimale sur un modèle lourd en temps de calcul. La méthode éléments finis est utilisée pour étudier les performances du moteur linéaire de référence, car le modèle analytique d’un moteur linéaire est difficile à construire dû aux effets d’extrémités. Le modèle éléments finis (MEF) 2D permet de prendre en compte l’effet d’extrémité de longueur finie. L’effet d’extrémité de largeur finie est intégré au modèle 2D en faisant varier la conductivité du secondaire et en ajoutant une inductance de tête de bobines. Ensuite, le couplage entre le MEF 3D magnétique et thermique permet de prendre en compte tous les effets d’extrémité et de l’influence de la température. Un banc d’essais est construit pour valider les modélisations éléments finis. La comparaison entre les différents modèles montre l’importance du modèle couplé. L’optimisation directe sur un MEF est très couteuse en temps de calcul. Les stratégies d’intégrer un modèle de substitution au lieu d’un MEF sont étudiées. L’optimisation directe sur un modèle de substitution et l’algorithme Efficient Global Optimisation (EGO) sont comparés. Un algorithme Space Mapping (SM) 3 niveaux est proposé. Les résultats des cas tests montrent que le SM 3 niveaux est plus efficace par rapport à l’algorithme SM 2 niveaux. Une nouvelle stratégie d’optimisation avec un faible budget d’évaluation du MEF est proposée et testée dans le contexte d’une modélisation difficile. La stratégie proposée permet d’évaluer les MEF en parallèle, ainsi permet un gain considérable de réduction du temps d’optimisation. / This thesis focuses on studying the performance of the linear induction motor using the method of finite element analysis, and the optimal design on a time-costly model. The finite element method is used to study the performance of the linear induction motor. Firstly, the 2D finite element model (FEM) is constructed, which allows taking into account the longitudinal end effects. The transverse edge effects are taken into account within 2D model by varying the conductivity of the secondary and by adding the inductance of the winding overhang. Secondly, a coupled model between the magnetic and thermal 3D FEM is built which allows taking into account both the end effects and the temperature influence. Finally, a test bench is realized to validate the models. The comparison between the different models shows the importance of the coupled model. Optimal design using finite element modeling tools is a complex task and also time-costly. The surrogate model-assisted optimization strategies are studied. The direct surrogate model-assisted optimization and the Efficient Global Optimization are compared. A three-level output space-mapping technique is proposed to reduce the computation time. The optimization results show that the proposed algorithm allows saving a substantial computation time compared to the classical two level output space-mapping. Using the 3D FEM, a multi-objective optimization with a progressive improvement of a surrogate model is proposed. The proposed strategy evaluates the FEM in parallel. A 3D Pareto front composed of the finite element model evaluation results is obtained, which allows taking the decision for the engineering design.

L’apprentissage du langage parlé nécessite un contrôle musculaire très précis des différents organes intervenant dans la production de la parole. La production de sons voisés, qui résulte de l’auto-oscillation des cordes vocales, est notamment influencée par l’ensemble du système phonatoire, du diaphragme jusqu’aux lèvres. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’inscrivent dans un contexte de modélisation physique de la parole. Les objectifs s’articulent autour de la compréhension des phénomènes physiques gouvernant la production de sons voisés. Les études sont appliquées à des cas pour lesquels le contrôle de la production est fortement altéré, lorsque le locuteur souffre de pertes auditives importantes. Dans ce cas de figure, les interactions physiques peuvent jouer un rôle important dans l’apparition de troubles de la production. La démarche adoptée consiste alors dans un premier temps à observer les phénomènes étudiés au moyen de mesures in vivo puis à proposer des modèles théoriques mécanique, aérodynamique et acoustique permettant de les décrire. Ensuite, les modèles sont validés en comparant avec des mesures réalisées sur une maquette de l’appareil phonatoire. Finalement,des simulations numériques temporelles basées sur un modèle à deux masses pour décrire le comportement mécanique des cordes vocales, permettent de tester les modèles physiques pour des cas concrets de production. La première étude se concentre sur les sauts de fréquence fondamentale qui accompagnent les transitions involontaires entre deux mécanismes laryngés lors de la production d’une voyelle. Les travaux expérimentaux et numériques montrent qu’une transition de mécanisme laryngé est la manifestation d’une bifurcation du système laryngé et que ces bifurcations se produisent lors d’une variation de la raideur des cordes vocales, de la pression sous-glottique, de l’aire glottique initiale ou bien de la longueur des résonateurs acoustiques. Les modèles théoriques permettent de reproduire les sauts de fréquence fondamentale observés expérimentalement. Ils sont utilisés pour étudier les différentes stratégies motrices responsables de ces sauts de fréquence. La deuxième étude porte sur la production de consonnes plosives, en particulier sur les effets de la réalisation d’une occlusion du conduit vocal sur l’arrêt puis l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Les simulations de séquences voyelle - plosive bilabiale non voisée (/p/)-voyelle effectuées montrent que l’expansion passive de la cavité supraglottique est à l’origine du maintien de l’auto-oscillation des cordes vocales après la fermeture du conduit vocal et que l’augmentation de la longueur du conduit vocal a pour effet de réduire le délai entre le relâchement de l’occlusion et l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Ces résultats impliquent que l’articulation joue un rôle considérable sur le mode de voisement (voisée ou non voisée) de la consonne et sur la valeur du Voice Onset Time pour une consonne plosive non voisée. / Language learning requires specific muscle control of all organs that contribute to speech production. Voiced sounds production, which results from vocal folds self oscillation, is especially influenced by the whole phonatory apparatus, from diaphragm to lips. The general background of this thesis is the physical modeling of speech production and the objectives are motivated by a better comprehension of physical phenomena occurring in voiced sounds production. In the frame of this work, studies are focused on cases where speech production control is impaired, for example when the speaker suffers from an important hearing loss. In this situation, physical interactions can play an important role in speech production disorders emergence. The approach adopted here is first to observe the studied phenomena thanks to invivo measurements then to describe them thanks to theoretical models. Thereafter, the models are validated by comparing theoretical results with measurements performed on a replica of the phonatory apparatus. Finally, numerical simulations in the time domain, based on a two-mass model, allow to apply physical models to specific speech production occurrences.The first study deals with fundamental frequency jumps that are observed during an unvoluntary transition between two different laryngeal mechanisms in case of vowel production.Experimental and numerical results highlight that a transition between two different laryngeal mechanisms is a symptom of the laryngeal system bifurcation, and that such bifurcation occurs during a variation of the vocal folds stiffness, the subglottal pressure,the prephonatory glottal area or the acoustic resonators length. The theoretical models allow to simulate the fundamental frequency jumps that are observed experimentally. They are used to study the different motor strategies responsible for these frequency jumps.The second study deals with plosive consonants production, and in particular with the effectsof a vocal tract occlusion on voicing offset and onset. Simulations of vowel – voiceless plosive - vowel production highlight that passive expansion of the supraglottal cavity is responsible for the voicing extension after vocal tract closure, and that increase of the vocal tract length leads to a shorter delay between the vocal tract occlusion release and the voicing onset. These results highlight that the articulation plays an important role in voicing (voiced or voiceless) and in voice-onset-time value for a voiceless plosive.

Les problèmes de tournées de véhicules sont des problèmes d’optimisation combinatoire épineux avec des enjeux économiques et environnementaux importants au sein de la chaîne logistique. Le problème fondamental est de desservir des clients avec un ensemble de véhicules de façon à minimiser la distance totale parcourue. En pratique, il y a une grande variété d’objectifs et de contraintes additionnelles, liées à la législation et à la diversité des domaines d’applications. Ces problèmes de tournées sont très fréquents pour de nombreuses industries et la conception d’approches de résolution génériques est devenue une question de recherche importante.Cette thèse porte sur la conception et le développement d’un nouveau moteur de résolution pour les logiciels de tournées de véhicules proposés par l’entreprise GEOCONCEPT. Le solveur mis au point s’appuie sur la programmation par contraintes (PPC) pour améliorer la flexibilité (prise en compte de contraintes additionnelles), la déclarativité et la maintenance qui sont les limites des solveurs actuels de GEOCONCEPT fondés sur la recherche locale.Dans un premier temps, un modèle de graphe est établi pour la représentation unifiée des données et de nombreuses contraintes métiers. La résolution s’effectue par des approches à base de voisinage large disponibles dans les solveurs de PPC modernes. On peut ainsi traiter des instances de très grandes tailles efficacement tout en conservant une approche déclarative pour exprimer une classe très large de problèmes de tournées de véhicules. Dans un second temps, des modèles PPC s’appuyant sur des représentations redondantes du problème sont proposés afin de renforcer le filtrage. Nous nous intéressons en détails aux mécanismes de filtrage c’est-à-dire aux processus d’élimination des valeurs infaisables ou sous-optimales dans les domaines des variables. Ces algorithmes permettent de simplifier rapidement le problème et de fournir des bornes inférieures afin d’évaluer la qualité des solutions obtenues. Les bornes inférieures sont obtenues en résolvant des relaxations du plus célèbre des problèmes de la Recherche Opérationnelle : le problème du voyageur de commerce (TSP). Ce problème est le cœur de la contrainte globale weightedcircuit permettant de modéliser les problèmes de tournées en PPC. Nous proposons de nouveaux mécanismes de filtrage pour cette contrainte s’appuyant sur trois relaxations du TSP. Ces relaxations sont comparées sur les plans théorique et expérimental. L’originalité de ce travail est de proposer un nouvel algorithme de filtrage permettant de raisonner à la fois sur les successeurs directs d’un client et sur sa position dans la tournée. Ces raisonnements sont particulièrement utiles en présence de contraintes de fenêtres de temps, très communes dans les problèmes industriels.Le nouveau moteur de résolution offre d’excellentes performances sur des problèmes académiques et industriels tout en proposant des bornes inférieures informatives à des problèmes industriels réels. / Vehicle routing problems are very hard combinatorial optimization problems with significant economic and environmental challenges. The fundamental problem is to visit a set of customers with a given fleet of vehicles in order to minimize the total distance travelled. Moreover, these problems arise with a wide variety of objectives and additional constraints, related to the legislation and the diversity of industrial sectors. They are very common for many industries and the design of generic solvers has become an important research issue.This thesis focuses on the design and implementation of a new solver for the vehicle routing services offered by the company GEOCONCEPT. The proposed solver is based on constraint programming (CP) to improve flexibility (ability to take additional constraints into account), declarative modelling and maintenance, which are the limits of current GEOCONCEPT solvers based on local search.Firstly, a graph model is established to provide a common representation of the input-data and the numerous business constraints. The resolution is performed using large neighbourhood search methods available in modern CP solvers. It is thus possible to deal with large instances efficiently with a declarative approach where a broad class of vehicle routing problems can be modelled. Secondly, several CP models based on redundant views of the problem are proposed to strengthen the filtering. We focus on the filtering mechanisms for removing infeasible or suboptimal values in the domains of the variables. These algorithms can quickly simplify the problem and derive lower bounds to assert the quality of the solutions found. The lower bounds are obtained by solving relaxations of the most famous problem in Operations Research: the Traveling Salesman Problem (TSP). This problem is the core of the global constraint WEIGTEHDCIRCUIT for modelling routing problems in CP. We propose new filtering algorithms for this constraint based on three relaxations of the TSP. These relaxations are compared theoretically and experimentally. The originality of this work is to propose a new filtering algorithm for reasoning on the direct successors of a customer as well as his position in the tour. It is particularly useful in the presence of time window constraints, which are very common in industrial problems.The new solver shows excellent performance on academic and industrial problems and can compute informative lower bounds for real-life problems.

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