Depuis plusieurs années, la diminution des réserves de pétrole incite les différents pays à accroitre leur indépendance énergétique. De plus, diminuer l'impact environnemental de la voiture est devenu l'une des priorités de notre société. En ce sens, les normes Européennes anti-pollution sont devenues plus strictes, tandis que certains polluants sont pointés du doigt pour avoir un impact néfaste sur la santé et l'environnement. Pour répondre à cette double problématique, l'utilisation de biocarburants de type alcools dans les moteurs à allumage commandé est l'une des voies envisagées. Ce virage a déjà été entrepris à petite échelle par l'Union Européenne qui a tout d'abord autorisé l'ajout de 5%, puis de 10% d'éthanol dans l'essence. En plus de l'éthanol déjà commercialisé, le Biobutanol, biocarburant de seconde génération, apparait comme un candidat à fort potentiel pour une utilisation dans les moteurs à allumage commandé. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier le potentiel de l'utilisation de mélanges isooctane/butanol dans les moteurs à allumage commandé, en termes de performances et d'émissions polluantes. De plus, ces résultats sont comparés à ceux de mélanges isooctane/éthanol. Le dégagement de chaleur dans un moteur à allumage commandé est en partie piloté par la vitesse de combustion laminaire. Cette caractéristique a été étudiée de manière expérimentale et numérique pour différentes conditions initiales (pression et richesse) dans une enceinte à volume constant. Puis, une étude sur les premières étapes de la propagation de la combustion a été réalisée dans un moteur monocylindre à accès optique. Ces résultats en moteur ont été corrélés avec les informations laminaires. Enfin, les émissions de polluants réglementés et non-réglementés, ainsi que les performances ont été étudiées dans un moteur monocylindre à allumage commandé. Une baisse de la plupart de ces émissions a été observée avec l'ajout des deux alcools.

Cette thèse a pour but l'étude de la détection basée sur modèle de défauts pour les moteurs Diesel produits en grande série. La nécessité d'une surveillance continue de l'état de santé des véhicules est maintenant renforcée par la législation Euro VI sur les émissions polluantes, qui sera probablement rendue encore plus contraignante dans ses prochaines révisions. Dans ce contexte, le développement de stratégies robustes, faciles à calibrer et valides pour des systèmes dispersés (car produits en grande série) procurerait un avantage considérable aux constructeurs automobile. L'étude développée ici tente de répondre à ces besoins en proposant une méthodologie générique. On utilise des observateurs adaptatifs locaux pour des systèmes scalaires non linéaires et affines par rapport à l'état, pour résoudre les problèmes de la détection de défauts, de son isolation et de son estimation d'une façon compacte. De plus, les incertitudes liées aux biais de mesure et de modèle et aux dérives temporelles nécessitent d'améliorer les méthodes de détection par l'utilisation de seuils robustes pour éviter les fausses détections. Dans cette thèse, on propose un seuil variable basé sur la condition d'observabilité du paramètre impacté par le défaut et sur une étude de sensibilité par rapport aux incertitudes sur les entrées ou sur le modèle. Cette méthode permet, entre autres, de fournir un outil d'analyse pour la sélection des conditions de fonctionnement du système pour lesquels le diagnostic est plus fiable et plus robuste par rapport aux incertitudes sur les entrées. L'approche présentée a été appliquée avec succès et validée de façon expérimentale sur un moteur Diesel pour le problème de détection de fuite dans le système d'admission d'air, puis dans un environnement de simulation pour le problème de détection de dérive d'efficacité turbine. On montre ainsi ses avantages en termes de fiabilité de détection, d'effort de calibration, et pour l'analyse des conditions de fonctionnement moteur adaptées au diagnostic.

Les mélanges GtL/EMHC/éthanol ont un potentiel important comme carburant alternatif pour moteur Diesel.Néanmoins, l'utilisation de ce type de biocarburant en moteur Diesel nécessite une connaissance précise de la cinétiqued'oxydation de ses différents constituants.Une étude bibliographique approfondie a permis de sélectionner quatre espèces modèles représentatives des mélangesGtL/EMHC/éthanol : le n-décane, l'iso-octane, l'octanoate de méthyle et l'éthanol. L'oxydation de mélanges de cesespèces modèles a ensuite été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm), pour trois richesses (0,5 ; 1 et 2) etsur un large domaine de température (550-1150 K). L'analyse des échantillons par chromatographie en phase gazeuse apermis de quantifier les principaux produits issus de l'oxydation des mélanges étudiés. Un mécanisme cinétique détaillécapable de reproduire l'oxydation des mélanges n-décane/iso-octane/octanoate de méthyle/éthanol a ensuite été mis aupoint. Les prédictions du modèle reproduisent de manière satisfaisante les résultats expérimentaux sur toute la gamme derichesse et de température testée en réacteur auto-agité. L'analyse du modèle a également permis de déterminer les voiesréactionnelles prépondérantes en fonction de la composition des mélanges.Enfin, la combustion de mélanges GtL/EMAG/éthanol a été étudiée en moteur monocylindre Diesel. Cette phased'essais, incluant une analyse approfondie des émissions non réglementées, a permis d'observer l'influence de laformulation des carburants sur l'initiation de la combustion et sur la composition des gaz d'échappements.

Sous la direction de SNECMA, un nouveau moteur cryotechnique pour Ariane 5 est en phase de développement. Ce moteur, VINCI, fonctionne à l'oxygène et à l'hydrogène liquides et devra être rallumable en cours de vol. Le transitoire de remplissage d'une cavité intermédiaire par laquelle transite l'oxygène liquide avant d'arriver dans la chambre de combustion s'avère être une étape critique qu'il faut s'efforcer de maîtriser. Cette cavité, appelée dôme LOX, est directement reliée à la chambre de combustion par les injecteurs à oxygène. Des outils numériques sont actuellement en cours de conception : ils permettront à terme de simuler le remplissage de cette cavité dans l'espace. Afin de valider ces outils numériques, un programme expérimental a vu le jour, impliquant SNECMA, le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) et le LEGI (Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels). Il s'agit de mener à bien des expériences " simples " et reproductibles afin de disposer d'une base de données expérimentales qui servira de cas tests pour les simulations. Un banc d'essais expérimental a été progressivement mis en place et instrumenté au LEGI. Le fluide utilisé en substitution de l'oxygène liquide est de l'eau. On a choisi de respecter une similitude du nombre de Weber entre le cas " réel " et les conditions expérimentales. Ce dernier équivaut au rapport des forces d'inertie sur les forces de tension de surface. Deux campagnes d'essais ont été réalisées, dans lesquelles on s'est centré sur l'étude des aspects hydrodynamique du transitoire de remplissage : variation du débit total et des pressions au cours d'un essai, évaluation du taux de vide dans la cavité, visualisation de l'écoulement dans la cavité et en sortie des injecteurs. L'instrumentation à disposition est constituée d'un débitmètre à effet Coriolis, de capteurs de pression, d'une sonde optique, de caméras rapides et d'un laser pour l'imagerie. La première campagne d'essais a visé le remplissage de la cavité en eau seule. Le paramètre de contrôle principal était la pression génératrice de l'écoulement liquide. Dans la deuxième campagne d'essais on injecte simultanément dans la cavité un écoulement d'eau et un écoulement d'air. Cela se rapproche plus des conditions réelles du transitoire de remplissage, au cours duquel la cavité est balayée par un écoulement d'hélium. Le paramètre de contrôle supplémentaire est le débit de gaz initial. Ces campagnes ont également souligné l'importance du profil d'ouverture de la vanne de l'écoulement liquide sur le transitoire de remplissage de la cavité. Ces campagnes d'essais constituent une première étape dans la compréhension du transitoire de remplissage du dôme LOX. Elles ont permis de visualiser la forme de l'écoulement dans la cavité et en sortie des injecteurs et d'identifier certains phénomènes intervenant dans le remplissage de la cavité. En particulier, nous avons mis en évidence l'existence d'un délai de mise en place de l'écoulement par les injecteurs, qui peut être responsable d'un pic de pression dans la cavité au cours du transitoire. L'influence de la fraction gazeuse sur l'écoulement dans les injecteurs a été soulignée mais reste à quantifier de façon précise. La prochaine étape de l'étude concerne les aspects énergétiques du transitoire de remplissage, notamment les transferts thermiques ayant lieu, dans la réalité, entre l'hélium, l'oxygène et les parois du dôme LOX.

Cette thèse a pour but l'étude de la détection basée sur modèle de défauts pour lesmoteurs Diesel produits en grande série. La nécessité d'une surveillance continue del'état de santé des véhicules est maintenant renforcée par la législation Euro VI sur lesémissions polluantes, qui sera probablement rendue encore plus contraignante dans sesprochaines révisions. Dans ce contexte, le développement de stratégies robustes, faciles àcalibrer et valides pour des systèmes dispersés (car produits en grande série) procureraitun avantage considérable aux constructeurs automobile. L'étude développée ici tentede répondre à ces besoins en proposant une méthodologie générique. On utilise desobservateurs adaptatifs locaux pour des systèmes scalaires non linéaires et affines parrapport à l'état, pour résoudre les problèmes de la détection de défauts, de son isolationet de son estimation d'une façon compacte. De plus, les incertitudes liées aux biais demesure et de modèle et aux dérives temporelles nécessitent d'améliorer les méthodes dedétection par l'utilisation de seuils robustes pour éviter les fausses détections. Dans cettethèse, on propose un seuil variable basé sur la condition d'observabilité du paramètreimpacté par le défaut et sur une étude de sensibilité par rapport aux incertitudes surles entrées ou sur le modèle. Cette méthode permet, entre autres, de fournir un outild'analyse pour la sélection des conditions de fonctionnement du système pour lesquelsle diagnostic est plus fiable et plus robuste par rapport aux incertitudes sur les entrées.L'approche présentée a été appliquée avec succès et validée de façon expérimentale surun moteur Diesel pour le problème de détection de fuite dans le système d'admissiond'air, puis dans un environnement de simulation pour le problème de détection dedérive d'efficacité turbine. On montre ainsi ses avantages en termes de fiabilité dedétection, d'effort de calibration, et pour l'analyse des conditions de fonctionnementmoteur adaptées au diagnostic.

Une lésion corticale hémisphérique peut entrainer des troubles distincts en fonction du côté de la lésion : troubles du langage pour l'atteinte de l'hémisphère gauche ou difficultés à tenir debout lorsque c'est l'hémisphère droit qui est atteint. Nous avons fait l'hypothèse que l'hémisphère droit serait associé à une intégration des informations proprioceptives plus pertinente dans le but de contrôler notre posture bipodale. Nous avons donc perturbé ces informations par l'utilisation de vibrations tendineuses et observé les réactions posturales induites pour différents groupes (sujets jeunes, âgés et patients hémiparétiques). Nos résultats démontrent l'utilisation préférentielle de ces informations sensorielles par l'hémisphère droit, dans la gestion et l'organisation posturale au niveau spatial et multi-segmentaire. L'utilisation de ces stimulations proprioceptives pourrait être un facteur important dans la prise en charge thérapeutique de certaines populations pathologiques. / A cortical injury leads to some distinct trouble depending on the injured side; speech and language troubles when the left brain is damaged or standing difficulties when the right brain is injured. Our hypothesis was that the right brain hemisphere permitted a more pertinent integration of proprioceptive information to control the upright position. We perturbed the proprioceptive information with tendon vibration and we observed the induced postural reactions for several groups (young and senior adults, stroke patients). Our results show that proprioceptive information is better processed by the right hemisphere, reflected by control and postural organization at spatial and multi-segmental levels. Proprioceptive stimulations may be an important tool for the rehabilitation of several pathological populations.

Les centaines de millions de véhicules du parc automobile mondial nous rappellent à quel point notre société dépend du moteur à combustion interne. Malgré des progrès significatifs en termes d’émissions polluantes et de consommation, les moteurs à essence et diesel demeurent l’une des principales sources de pollution de l’air des centres urbains modernes. Ce constat motive les autorités à renforcer les normes anti-pollution, qui tendent à complexifier la définition technique des moteurs. En particulier, un nombre croissant d’actionneurs fait aujourd’hui, du contrôle de la chaîne d’air, un challenge majeur. Dans un marché de plus en plus mondialisé et où le temps de développement de moteurs se doit d’être de plus en plus court, ces travaux entendent proposer une solution aux problèmes liés à cette augmentation de la complexité. La proposition repose sur une approche en trois étapes et combine : modélisation physique du moteur, contrôle prédictif non linéaire et programmation multiparamétrique. Le cas du contrôle de la chaîne d’air d’un moteur à essence suralimenté sert de fil conducteur au document. Dans son ensemble, les développements présentés ici fournissent une approche quasi-systématique pour la synthèse du contrôle de la chaîne des moteurs à essence suralimentés. Intuitivement, le raisonnement doit pouvoir être étendu à d’autres boucles de contrôle et au cas des moteurs diesel. / The hundreds of millions of passenger cars and other vehicles on our roads emphasize our society’s reliance on internal combustion engines. Despite striking progress in terms of pollutant emissions and fuel consumption, gasoline and diesel engines remain one of the most important sources of air pollution in modern urban areas. This leads the authorities to lay down increasingly drastic pollutant emission standards, which entail ever more complex engine technical definitions. In particular, due to an increasing number of actuators in the past few years, the air path of internal combustion engines represents one of the biggest challenges of engine control design. The present thesis addresses this issue of increasing engine complexity with respect to the continuous reduction in development time, dictated by a more and more competitive globalized market. The proposal consists in a three-step approach that combines physics-based engine modeling, nonlinear model predictive control and multi-parametric nonlinear programming. The latter leads to an explicit piecewise affine feedback control law, compatible with a real-time implementation. The proposed approach is applied to the particular case of the control of the air path of a turbocharged gasoline engine. Overall, the developments presented in this thesis provide a quasi-systematic approach for the synthesis of the control of the air path of turbocharged gasoline engines. Intuitively, this approach can be extended to other control loops in both gasoline and diesel engines.

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. / Optimization of the intake air-fuel mixture composition is one way to reduce pollutant emissions in Spark-Ignition (SI) engines. This can be achieved by operating with a diluted mixture, i.e by recirculating the exhaust. There are however limitations on the level of dilution that can ensure the smooth running of SI engines since diluting the air-fuel mixture induces an increase in combustion duration and in cyclic variations which impair engine performance. Adding an amount of hydrogen to the fuel can extend the dilution and the lean engine operability limits, which is beneficial in reducing both emission levels and fuel consumption. The objective of this study is to investigate the combined effects of hydrogen addition and nitrogen dilution in an SI engine fuelled with iso-octane or methane. In the first part of this study, we proved that high values of indicated engine efficiency and low values of pollutant emissions can be achieved by combining hydrogen addition and diluted air-fuel mixtures in the case of SI engines. In the second part, we provided experimental values of laminar burning velocity for diluted methane or iso-octane/hydrogen/air mixtures for a better understanding of the hydrogen and dilution effects on the fundamental properties of laminar combustion. New correlations to estimate laminar burning speeds of these mixtures were also presented. In the last part, the effects of hydrogen addition, with and without nitrogen dilution, on the turbulent flame propagation were investigated in an optical SI engine fuelled with iso-octane or methane. This study was done by using two different experimental techniques (direct flame radiation visualization and laser tomography images with Particle Image Velocimetry). The main conclusion is that the laminar burning velocity, rather than the Lewis number, has the dominant effect on the turbulent burning velocity in an SI engine.

Depuis plusieurs années, la diminution des réserves de pétrole incite les différents pays à accroitre leur indépendance énergétique. De plus, diminuer l’impact environnemental de la voiture est devenu l’une des priorités de notre société. En ce sens, les normes Européennes anti-pollution sont devenues plus strictes, tandis que certains polluants sont pointés du doigt pour avoir un impact néfaste sur la santé et l’environnement. Pour répondre à cette double problématique, l’utilisation de biocarburants de type alcools dans les moteurs à allumage commandé est l’une des voies envisagées. Ce virage a déjà été entrepris à petite échelle par l’Union Européenne qui a tout d’abord autorisé l’ajout de 5%, puis de 10% d’éthanol dans l’essence. En plus de l’éthanol déjà commercialisé, le Biobutanol, biocarburant de seconde génération, apparait comme un candidat à fort potentiel pour une utilisation dans les moteurs à allumage commandé. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le potentiel de l’utilisation de mélanges isooctane/butanol dans les moteurs à allumage commandé, en termes de performances et d’émissions polluantes. De plus, ces résultats sont comparés à ceux de mélanges isooctane/éthanol. Le dégagement de chaleur dans un moteur à allumage commandé est en partie piloté par la vitesse de combustion laminaire. Cette caractéristique a été étudiée de manière expérimentale et numérique pour différentes conditions initiales (pression et richesse) dans une enceinte à volume constant. Puis, une étude sur les premières étapes de la propagation de la combustion a été réalisée dans un moteur monocylindre à accès optique. Ces résultats en moteur ont été corrélés avec les informations laminaires. Enfin, les émissions de polluants réglementés et non-réglementés, ainsi que les performances ont été étudiées dans un moteur monocylindre à allumage commandé. Une baisse de la plupart de ces émissions a été observée avec l’ajout des deux alcools. / For the past few years, the oil stock decrease encourages the different countries to increase their energy independence. Moreover, reducing the environmental impact of transportation became one of the priorities of our society. In this way, European emissions standards are stricter while several pollutants have been identified to have a negative impact on health and the environment. To answer this double problem, the use of alcohols biofuels in spark-ignition engines is one the promising ways. The European Union have already taken a small step in that direction by allowing a maximum of 10% of ethanol into gasoline. As well as ethanol is already marketed, Biobutanol, a 2nd generation biofuel, appears as a serious candidate with a strong potential for a spark-ignition engines use. The objective of this dissertation is to study the potential of the iso-octane/butanol blends use in spark-ignition engines, in terms of performance and pollutants emissions. Moreover, these results are compared to isooctane/ethanol blends. The heat release in spark-ignition engine is piloted for a part by laminar burning velocity. This characteristic was studied experimentally and numerically for different initial conditions (pressure and equivalence ratio) in a constant volume bomb. Then, the early flame kernel growth was studied in a spark-ignition single cylinder engine equipped with optical accesses. Those results were correlated with the results on the laminar burning velocity. Finally, regulated and non-regulated pollutants emissions and engine performance were investigated in a spark-ignition single cylinder engine. A decrease of most pollutant emissions was observed with both alcohols addition.

Les mélanges GtL/EMHC/éthanol ont un potentiel important comme carburant alternatif pour moteur Diesel.Néanmoins, l’utilisation de ce type de biocarburant en moteur Diesel nécessite une connaissance précise de la cinétiqued’oxydation de ses différents constituants.Une étude bibliographique approfondie a permis de sélectionner quatre espèces modèles représentatives des mélangesGtL/EMHC/éthanol : le n-décane, l’iso-octane, l’octanoate de méthyle et l’éthanol. L’oxydation de mélanges de cesespèces modèles a ensuite été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm), pour trois richesses (0,5 ; 1 et 2) etsur un large domaine de température (550-1150 K). L’analyse des échantillons par chromatographie en phase gazeuse apermis de quantifier les principaux produits issus de l’oxydation des mélanges étudiés. Un mécanisme cinétique détaillécapable de reproduire l’oxydation des mélanges n-décane/iso-octane/octanoate de méthyle/éthanol a ensuite été mis aupoint. Les prédictions du modèle reproduisent de manière satisfaisante les résultats expérimentaux sur toute la gamme derichesse et de température testée en réacteur auto-agité. L’analyse du modèle a également permis de déterminer les voiesréactionnelles prépondérantes en fonction de la composition des mélanges.Enfin, la combustion de mélanges GtL/EMAG/éthanol a été étudiée en moteur monocylindre Diesel. Cette phased’essais, incluant une analyse approfondie des émissions non réglementées, a permis d’observer l’influence de laformulation des carburants sur l’initiation de la combustion et sur la composition des gaz d’échappements. / As concern about global warming and dependences on fossil fuel grows, there is an increasing interest to shift fromtraditional fuel to renewable energy sources. Blends of Fischer-Tropsch (F-T) fuels, biodiesel and ethanol seem to be apromising fuel for compression ignition (CI) engine application. The aim of this work is to study and model the impact ofthese fuels on combustion and pollutant emissions.In the present study, mixtures of 4 species are proposed to represent the oxidation of F-T/biodiesel/ethanol blends: ndecane,iso-octane, methyl octanoate and ethanol. The kinetic of oxidation of n-decane/iso-octane/methyloctanoate/ethanol blends was studied experimentally in a jet stirred reactor at 10 atm and a constant residence time of 1 s,over the temperature range of 560-1160 K and for three equivalence ratio (0.5, 1 and 2). A kinetic reaction mechanismwas developed and used to simulate the oxidation of n-decane/iso-octane/methyl octanoate/ethanol mixtures. Theproposed kinetic reaction mechanism yields a good representation of the kinetic of oxidation of the tested biofuel blends.The kinetic analyses allowed identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels.Finally, four F-T/biodiesel/ethanol blends have been tested on a single cylinder, direct injection, four-stroke Dieselengine. This study, including an analysis of unregulated emissions allowed observing the influence of fuel formulationon combustion and on pollutant emissions. These main engine results tendencies have been compared to the results of thekinetic model.